一種含U型蓋板干燥噴嘴性能仿真與分析

王全德，劉耀遠(yuǎn)，丁俊健

（1.北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司營(yíng)銷(xiāo)中心，北京100176；2.松德智慧裝備股份有限公司，廣東中山528427；3.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院裝備制造系，廣東中山528436）

一種含U型蓋板干燥噴嘴性能仿真與分析

王全德1，劉耀遠(yuǎn)2，丁俊健3

（1.北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司營(yíng)銷(xiāo)中心，北京100176；2.松德智慧裝備股份有限公司，廣東中山528427；3.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院裝備制造系，廣東中山528436）

利用Ansys軟件對(duì)一種含U型蓋板干燥噴嘴性能進(jìn)行數(shù)值模擬，在建模仿真的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析噴嘴熱風(fēng)流線圖，可知熱風(fēng)在噴嘴內(nèi)部發(fā)生紊流。由噴嘴風(fēng)速等高線圖可看出噴嘴噴縫熱風(fēng)風(fēng)速分布不均。需對(duì)U型噴嘴進(jìn)行優(yōu)化。

噴嘴；Fluent；速度；壓強(qiáng)

PET塑料薄膜材料的涂布采用懸浮干燥方式，能夠有效防止涂布基材的彎曲、褶皺、卷邊等缺陷，同時(shí)懸浮干燥的實(shí)質(zhì)為雙面干燥，干燥效率高，能耗小，懸浮干燥方式是塑料薄膜涂布干燥的主要發(fā)展方向［1］。

懸浮干燥箱上下腔體間隔分布著兩排噴嘴，上下噴嘴間有一定的距離，工作時(shí)塑料薄膜在上下噴嘴熱風(fēng)吹拂下，呈正弦線形狀，不能與噴嘴接觸。不同結(jié)構(gòu)的噴嘴吹出熱風(fēng)速度等參數(shù)都不同，有必要對(duì)噴嘴模型進(jìn)行模擬仿真，設(shè)計(jì)出干燥效果最好的噴嘴。本文運(yùn)用ANSYS軟件中FLUNET模塊對(duì)一種U型蓋板干燥噴嘴的熱風(fēng)壓強(qiáng)及風(fēng)速進(jìn)行數(shù)值模擬、仿真分析［2］。

1　建模及仿真

依照U型蓋板干燥噴嘴的外形尺寸（200×80 ×128（X×Z×Y）），利用Solidworks軟件繪制其三維模型如圖1所示，其中噴縫尺寸為：長(zhǎng)×寬×高=200 mm×8 mm×8 mm.將三維模型文件保存為IGE格式文件，方能導(dǎo)入到Fluent軟件。如圖2所示。

圖1　 U型蓋板噴嘴三維圖

圖2　 U型蓋板噴嘴截面圖

利用Ansys軟件的Fluent功能對(duì)噴嘴風(fēng)速、風(fēng)壓等參數(shù)進(jìn)行仿真，仿真步驟包含網(wǎng)絡(luò)劃分、模擬參數(shù)設(shè)定［3］。

網(wǎng)格劃分：網(wǎng)格劃分“Method”采用Fluent軟件定義的“Automatic”方式，“Relevance Center”采用“Fine”方式，其他參數(shù)的設(shè)置不變。

模擬參數(shù)設(shè)定：在ANSYS軟件Fluent界面中對(duì)“Boundary Conditions（邊界條件）”、“Solution Initializwtion（計(jì)算初始化）”、“Run Calculation（運(yùn)行計(jì)算）”等模擬參數(shù)設(shè)置如下：

1）Boundary Conditions中inlet:Velocity Magnitude為10m/s

Supersonic/Initial Gauge Pressure為100pascal

2）Solution Initialization中Initialization Methods: Standard Initialization Compute From:inlet

3）Run Calculation中Number of Iterations:300

2　仿真結(jié)果及分析

2.1輔助直線和輔助平面的設(shè)置

為了能夠清楚地了解及比較噴嘴噴縫附近熱風(fēng)速度變化情況，在噴嘴噴縫上方4.5 mm處設(shè)置一測(cè)試平面plane1，在該平面上可得到的風(fēng)速等高線圖，用于判斷噴嘴出口處風(fēng)速穩(wěn)定性判斷。

為了研究整條噴縫上熱風(fēng)速度的均勻性，噴嘴噴縫方向上每隔0.3mm一條直線，因此在2 mm的噴縫上，一共設(shè)置有7條測(cè)試直線，如圖所示自上而下分布為line1、line2、line3、line4、line5、line6、line7.

2.2熱風(fēng)流線圖分析

在FLUNET仿真界面中，選取“stream line”功能，能夠得到熱風(fēng)在噴嘴中流動(dòng)的軌跡流線圖，如圖3所示。當(dāng)熱風(fēng)從下腔經(jīng)過(guò)均風(fēng)板時(shí)，由于均風(fēng)板的通風(fēng)面積縮小，形成了阻擋作用，從而熱風(fēng)流經(jīng)均風(fēng)板時(shí)能夠提高熱風(fēng)風(fēng)速。

噴嘴頂部由U型蓋板蓋住，熱風(fēng)向上吹至U型板后，將被阻擋，而向下流動(dòng)，從而形成熱風(fēng)紊流現(xiàn)象，如圖3所示，由于噴嘴上腔熱風(fēng)發(fā)生紊流，因此其流線軌跡很凌亂。

圖3　噴嘴熱風(fēng)流線圖

2.3輔助平面上風(fēng)速等高線結(jié)果分析

在輔助平面plane1處，通過(guò)設(shè)置FLUENT軟件，得到噴嘴在plane1處熱風(fēng)風(fēng)速等高線圖，如圖4所示。圖中白色部分為噴嘴噴出熱風(fēng)的速度分別，從圖可以看出，噴出的熱風(fēng)分布不均勻，軌跡凹凸不平，熱風(fēng)風(fēng)速不均勻。

圖4　噴嘴熱風(fēng)風(fēng)速plane1面等高線圖

2.4噴嘴噴縫處風(fēng)速分析

用Ansys軟件Chart功能，以line1至line7方向上的風(fēng)速為縱坐標(biāo)，X方向?yàn)闄M坐標(biāo)，繪制噴縫處熱風(fēng)速度分布圖如5所示。

圖5　噴嘴熱風(fēng)速度分布圖

運(yùn)用FLUENT軟件中計(jì)算平均值功能，分別計(jì)算噴嘴噴縫處各輔助直線上風(fēng)速平均值，如表1所示。由表可知各直線上速度相差較大。

表1　噴嘴輔助直線上平均風(fēng)速值

3　結(jié)束語(yǔ)

從上述模擬結(jié)果可以看出，對(duì)于U型蓋板噴嘴而言，由于U型蓋板在噴嘴上部的阻擋，流經(jīng)噴嘴氣流將發(fā)生紊流，噴嘴噴縫處熱風(fēng)風(fēng)速相差較大，因而造成了U型噴嘴噴出熱風(fēng)風(fēng)速不穩(wěn)定。因此有必要對(duì)U型蓋板進(jìn)行優(yōu)化，提高噴嘴性能。

［1］金仁虎.淺談涂布烘箱設(shè)計(jì)［J］.杭州化工，2007，37（3）:37-39.

［2］厲勝.懸浮式烘箱的數(shù)值模擬分析［D］.西安:陜西理工大學(xué)，2012.

［3］吳光中.FLUENT基礎(chǔ)入門(mén)與案例精通［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

Performance Simulation and Analysis ofa Utype Cover Plate Drying Nozzle

WANG Quan-de1，LIU Yao-yuan2，DING Jun-jian3
（1.Beijing Jin Fengke CreatesWind Power EquipmentCompany Limited Marketing Center，Beijing100176，China；2.Ostersund Smart Equipment Limited by Share Ltd，Zhongshan Guangdong 528427，China；3.Department of EquipmentManufacturing，Zhongshan Torch Polytechnic，Zhongshan Guangdong 528436，China）

The U-cover plate nozzle’s function was simulated by ansys software.Based on analyzing the streamline，turbulent flow was occured in the nozzle.By analyzing the contour lines，the velocity was not symmetrical.So the U-cover plate would be improved.

nozzle；fluent；velocity；pressure

TS735

B

1672-545X（2016）06-0103-02

2016-03-06

王全德（1975-），男，河南魯山人，碩士研究生，主要從事風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備營(yíng)銷(xiāo)與管理。