气垫式浆板机热风箱影响气体流动及传热特性因素的研究

摘要

本文以山东某公司自主研发的新型气垫浆板干燥机为研究对象,通过实验和CFD模拟方法研究气垫式热风箱喷口形状、排布方式等参数对气垫流场和传热性能的影响。根据相似原理,建立气垫式浆板干燥机热风箱实验台。在不同的开孔形状和布置方式、入口风速、气体温度和喷口开孔率的工况下对热风箱的气垫层传热性能和流场进行了实验研究,测得静压分布,并计算各工况下的表面传热系数。采用Realizable k-ε湍流模型,建立了热风箱气体流动的数学模型,使用FLUENT软件进行数值模拟,数值模拟结果与实验数据比较表明,热风箱内静压、气垫层的表面传热系数最大误差分别为14％、10.1％,均方根误差分别为7.58％和6.42％,说明两者基本吻合,验证了本文所建数学模型的的准确性,可用于实际流场的模拟研究。利用所建模型,模拟了热空气在热风箱内的速度、静压、温度分布,研究了入口风速、高度比、入口温度、开孔率和喷口方式对气垫层不均匀指数、气垫静压和表面传热系数的影响规律。通过量纲分析拟合Nu的函数关系式,数值模拟值与拟合值比较表明,最大相对误差为9.53％,均方根误差为9.5％,吻合较好,可用于原型热风箱气垫层表面传热系数的计算。对处于高速运动纸板的原型热风箱气垫层的数值模拟研究表明,与全圆形孔相比,圆孔三角孔混合排布时,虽表面传热系数稍小,但平均静压值增大、不均匀指数减少,气垫层稳定。在本研究关注的条件下,表面传热系数及气垫均匀性较好的最佳参数为:入口空气温度75℃、开孔率7.42％、入口风速12m／s、木板速度4m／s、高度比τ=0.5,圆孔三角孔混合叉排布置。本文的研究结果对气垫式干燥机的开发及优化设计具有重要的指导作用及参考价值。