【摘要】：目的采用有限元數(shù)值模擬方法分析壁紙包裝機溫度場的均勻性,以提高包裝質(zhì)量。方法創(chuàng)建包裝機烘箱三維模型,通過FLUENT對工作過程溫度場進(jìn)行模擬分析,針對分析結(jié)果中的影響因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。結(jié)果得到了壁紙包裝機烘箱內(nèi)部溫度場的分布情況,找到了影響烘箱溫度場均勻性的因素,通過對壁紙包裝機烘箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),提高了內(nèi)部溫度的均勻性。結(jié)論通過對烘箱內(nèi)部噴風(fēng)口和出風(fēng)口結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分改進(jìn),有效地改善了烘箱溫度均勻性,提高了包裝效率。
【圖文】：

第38卷第13期王園等：壁紙包裝機烘箱溫度場模擬及結(jié)構(gòu)改進(jìn)·185·圖1烘箱結(jié)構(gòu)Fig.1Thestructureofoven2邊界條件和求解器1）熱收縮及正常工作時烘箱進(jìn)風(fēng)口的熱風(fēng)溫度為520K，進(jìn)風(fēng)道壁面與空氣的傳熱系數(shù)為160W/(m2·K)[4—7]。2）通過計算得到熱風(fēng)進(jìn)口處的雷諾數(shù)為38090，流體的流動形式為充分發(fā)散的湍流，采用k-ε模型[5]。根據(jù)湍流參數(shù)，即雷諾數(shù)、湍動能k和湍流耗散率ε的詳細(xì)計算公式可得到k=0.011，ε=0.0096。3）壁紙進(jìn)口和壁紙出口設(shè)置邊界條件為壓力出口，靜壓設(shè)置為0Pa；2個熱風(fēng)回流出口處壓強設(shè)置為5Pa，所有的出口處溫度設(shè)置為300K。4）鑒于流體實際情況比較簡單，而網(wǎng)格數(shù)量比較大，擬采用非耦合求解器。設(shè)置能量方程的殘差為10-6，連續(xù)性方程和k-ε方程的殘差為10-3。通過求解流動方程和k-ε方程，計算出收斂的流場結(jié)果，再求解能量方程、流動與傳熱方程，最終獲得完整解[8—9]。3模擬結(jié)果整個烘箱的流線見圖2。經(jīng)過加熱到設(shè)定溫度的熱風(fēng)流入烘箱的進(jìn)風(fēng)道內(nèi)，分為2路，然后由4個圓弧形的隔風(fēng)板將熱風(fēng)分為多路，并垂直吹入烘箱內(nèi)，，最后流出烘箱。由圖2可看出，由4個隔風(fēng)板分流后，5個風(fēng)口的風(fēng)量是不均勻的，首尾2個風(fēng)口的風(fēng)量明顯大于中間3個風(fēng)口的風(fēng)量。烘箱底面、側(cè)封截面、回風(fēng)口截面溫度見圖3。由圖3c可以看出，進(jìn)風(fēng)道內(nèi)的溫度明顯高于烘箱內(nèi)的溫度，這是由于在風(fēng)口處存在一定的出風(fēng)阻力，影響了熱量的高效傳輸。另外壁紙入口和壁紙出口之間存在一定量的冷風(fēng)流動。由于壁紙出口和壁紙入口直接與大氣接觸，溫度較低，其間流動的冷風(fēng)與風(fēng)口的熱風(fēng)進(jìn)行熱交換降低了烘箱的溫度。4改進(jìn)方向?qū)υ袩崾湛s烘箱的速度場和溫度場分析可以發(fā)現(xiàn)，噴口出風(fēng)不夠均勻，在整個出風(fēng)道內(nèi)兩端風(fēng)?

。根據(jù)湍流參數(shù)，即雷諾數(shù)、湍動能k和湍流耗散率ε的詳細(xì)計算公式可得到k=0.011，ε=0.0096。3）壁紙進(jìn)口和壁紙出口設(shè)置邊界條件為壓力出口，靜壓設(shè)置為0Pa；2個熱風(fēng)回流出口處壓強設(shè)置為5Pa，所有的出口處溫度設(shè)置為300K。4）鑒于流體實際情況比較簡單，而網(wǎng)格數(shù)量比較大，擬采用非耦合求解器。設(shè)置能量方程的殘差為10-6，連續(xù)性方程和k-ε方程的殘差為10-3。通過求解流動方程和k-ε方程，計算出收斂的流場結(jié)果，再求解能量方程、流動與傳熱方程，最終獲得完整解[8—9]。3模擬結(jié)果整個烘箱的流線見圖2。經(jīng)過加熱到設(shè)定溫度的熱風(fēng)流入烘箱的進(jìn)風(fēng)道內(nèi)，分為2路，然后由4個圓弧形的隔風(fēng)板將熱風(fēng)分為多路，并垂直吹入烘箱內(nèi)，最后流出烘箱。由圖2可看出，由4個隔風(fēng)板分流后，5個風(fēng)口的風(fēng)量是不均勻的，首尾2個風(fēng)口的風(fēng)量明顯大于中間3個風(fēng)口的風(fēng)量。烘箱底面、側(cè)封截面、回風(fēng)口截面溫度見圖3。由圖3c可以看出，進(jìn)風(fēng)道內(nèi)的溫度明顯高于烘箱內(nèi)的溫度，這是由于在風(fēng)口處存在一定的出風(fēng)阻力，影響了熱量的高效傳輸。另外壁紙入口和壁紙出口之間存在一定量的冷風(fēng)流動。由于壁紙出口和壁紙入口直接與大氣接觸，溫度較低，其間流動的冷風(fēng)與風(fēng)口的熱風(fēng)進(jìn)行熱交換降低了烘箱的溫度。4改進(jìn)方向?qū)υ袩崾湛s烘箱的速度場和溫度場分析可以發(fā)現(xiàn)，噴口出風(fēng)不夠均勻，在整個出風(fēng)道內(nèi)兩端風(fēng)口出風(fēng)量遠(yuǎn)大于中間出風(fēng)口；烘箱的回風(fēng)量不足，使得圖2整體流線Fig.2Thewholeline圖3烘箱不同部位的溫度分布Fig.3Temperaturedistributionindifferentpartsoftheoven大量的熱空氣沒有循環(huán)再次利用而直接從壁紙出口流出，造成熱能的極大浪費。需對烘箱熱風(fēng)出口結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并對回風(fēng)口尺寸或者回風(fēng)方式進(jìn)行改進(jìn)以增加回風(fēng)量，使熱量


本文編號：2564119