YF93凹印机热风烘箱流体分析及结构优化

摘要

课题以陕西北人印刷机械有限责任公司提供的YF93.3.2和Y236.5.4.2C干燥箱作为流体分析及改进对象，应用流体力学及传热学理论，对烘箱内热风流态进行运动学、动力学以及能量分析;采用计算流体力学方法对现有烘箱进行热风动态仿真与热风量化分析;通过试验测试和流体仿真分析，对凹印干燥过程特性及影响因素进行研究，优化干燥系统工艺和结构参数，设计开发新型热风干燥系统，以达到在提高烘干质量和效率的前提下，减少工作能耗、减少残留溶剂，提高产品市场竞争力。作者对YF93型单出风口烘箱（内腔室一体型、12排出风嘴）进行了流体仿真分析得到了热风的速度场、温度场及压力场。
　　本文主要工作与成果包括:
　　(1)建立了现有结构单出风口模型，确定了流体域及划分网格，计算出雷诺数及分析参数，设定了边界条件，通过仿真得到了残差曲线、热风流动迹线、风嘴出风速度场、承印材料温度场以及烘箱内腔压力场;
　　(2)对现有结构双出风口模型进行仿真分析，得到了其风嘴出风速度场、承印材料温度场以及烘箱内腔压力场的情况;
　　(3)作者在内腔室中添加了双导流板结构并优化了双导流板位置和高度，克服了原有结构内腔进风口处压降（压降会降低风嘴出风速度）的缺点，使得改进后的风嘴平均出风速度(26.626m/s)比原有结构（21.49m/s）提高了5.136m/s;
　　(4)相比于以往专家学者都采用了绝热壁面边界条件，作者首次使用了对流传热壁面边界条件，在得到烘箱热风温度场的情况下，还得到了烘箱腔壁和承印材料的温度分布，为烘箱安装保温材料和承印材料干燥测温提供了参考，承印材料经过改进结构烘箱干燥后的平均温度(332.968K)比原有结构烘箱干燥后的平均温度(326.136K)提高了(6.832 K);
　　(5)针对原有结构单出风口回风造成回风腔压力不均的情况，本文采用了双出风口回风，提高了回风腔压强均匀性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景

1．3 研究现状

1．4 研究内容及意义

2 基于计算流体力学的热风流体分析方法

2．1 流体与流动的基本特性

2．1．1 理想流体与黏性流体

2．1．2 牛顿流体与非牛顿流体

2．1．3 流体热传导和扩散

2．1．4 可压流体与不可压流体

2．1．5 定常流与非定常流

2．1．6 层流与湍流

2．2 流体动力学的控制方程

2．2．1 质量守恒方程

2．2．2 动量守恒方程

2．2．3 能量守恒方程

2．2．4 湍流控制方程

2．3 控制方程离散与流场求解计算

2．3．1 有限体积法

2．3．2 二阶迎风离散格式

2．3．3 SIMPLE算法

2．4 强制对流换热

2．4．1 通过平壁导热

2．4．2 通过圆筒壁导热

2．4．3 多层圆筒壁热流密度

2．4．4 局部表面传热系数

2．5 本章小结

3 基于CFD的热风烘箱流体仿真

3．1 CFD软件的结构

3．2 YF93热风烘箱研究模型

3．2．1 热风烘箱模型的建立

3．2．2 确定流体域

3．3 划分计算网格

3．3．1 网格划分

3．3．2 网格检查

3．4 仿真分析

3．4．1 边界条件的设置

3．4．2 湍流模型的建立及湍流参数的计算

3．4．3 求解控制参数的设置

3．5 本章小结

4 YF93热风烘箱流体计算结果分析

4．1 残差曲线分析

4．2 热风流动迹线分析

4．2．1 烘箱整体流动迹线分析

4．2．2 进风口与出风口流动迹线分析

4．2．3 内腔切面迹线分析

4．2．4 各风嘴流动轨线分析

4．3 单出风口模型速度场、温度场及压力场分析

4．3．1 速度场分析

4．3．2 温度场分析

4．3．3 压力场分析

4．4 双出风口模型速度场、温度场及压力场分析

4．4．1 速度场分析

4．4．2 温度场分析

4．4．3 压力场分析

4．5 本章小结

5 YF93热风烘箱第一种改进结构模型

5．1 建立热风烘箱流体仿真研究模型

5．2 仿真残差曲线

5．3 热风流动迹线

5．4 第一种改进结构单出风口模型速度场、温度场及压力场分析

5．4．1 速度场分析

5．4．2 温度场分析

5．4．3 压力场分析

5．5 第一种改进结构双出风口模型速度场、温度场及压力场分析

5．5．1 速度场分析

5．5．2 温度场分析

5．5．3 压力场分析

5．6 本章小结

6 YF93热风烘箱第二种改进结构模型

6．1 建立热风烘箱流体仿真研究模型

6．2 仿真残差曲线

6．3 热风流动迹线

6．4 第二种改进结构单出风口模型速度场、温度场及压力场分析

6．4．1 速度场分析

6．4．2 温度场分析

6．4．3 压力场分析

6．5 第二种改进结构双出风口模型速度场、温度场及压力场分析

6．5．1 速度场分析

6．5．2 温度场分析

6．5．3 压力场分析

6．6 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录