涂装文氏喷漆室文丘里管仿真模拟研究

摘要

文氏喷漆室主要利用文丘里管将水雾化以捕捉漆雾。文氏喷漆室通常采用顶送风下抽风形式，与普通顶送风底抽风的喷漆室相比，利用文丘里管效应，清洗水与漆粒通过碰撞、吸附、凝聚成含有漆雾的水滴，当水滴通过折流板后，含漆雾的水滴及其他水分被分离掉，进入水槽中，被净化的空气则从排气管道排向室外。文丘里管在漆雾捕捉的过程中起到关键性的作用，在我国汽车涂装企业被普遍使用，对于目前环境保护、绿色发展，减少大气污染具有重要的研究意义。　　本文采用Ansys Fluent软件对文氏喷漆室核心部件文丘里管进行仿真模拟，运用DesignModeler对文丘里管进行二维建模，ICEM进行网格划分，设计一系列的探究方案对文氏喷漆室文丘里管结构进行优化设计，结合内部流场特点得出最佳的文丘里管结构。本文主要研究了文丘里管收缩段、喉管尺寸，以及增加格栅板的文丘里管内部流场。具体内容如下几个方面：　　（1）运用DesignModeler进行建模，ICEM网格划分，采用二维三角网格，结合动量守恒定律和能量守恒定律，物理模型选取多相流模型中的混合模型(mixture)，选择(RNG)k-?双方程湍流模型封闭雷诺时均方程，采用定常稳态模拟运算，压力速度耦合方式选用SIMPLE方法，根据本人研究生期间在设计院、工厂一年的实践经验，参考实际应用的文氏喷漆室确定相关参数，通过边界条件探索，得出采用速度入口，空气入口速度为20m/s，清洗水入口速度为0.3m/s，出口段选取自由出口段，壁面函数运用标准壁面函数，内部区域采用流体内部界面。　　（2）为得出倒喇叭型收缩管的最佳尺寸，运用最佳边界条件对收缩管长度、收缩管角度进行模拟研究，对比分析速度流场、压力流场得出收缩管长度（X1）390mm，收缩管角度（X3）13°时，收缩管形状和尺寸最佳，有利于漆雾的吸收净化。　　（3）文丘里管喉管部位在工作中作为漆雾粒子和清洗水粒子混合吸收的主要部位，运用最佳边界条件探究喉管长度、喉管宽度，分析内部流场特性得出喉管长度（X2）162mm，喉管宽度（X4）198mm时空气夹带的漆雾粒子与清洗水碰撞、摩擦、雾化、混合最充分，漆雾净化效果最佳。　　（4）清洗水和含漆雾的空气在经过文丘里漆雾处理装置时，由于流动截面急剧变化，在收缩管导板处会形成条状的涡流区，清洗水在湍流运动中越剧烈，越容易飘移、扩散到收缩管增加与漆雾粒子的混合吸收。流体通过网格时，由于网格的扰动作用，流体在通过网格板时动压与静压的转换加快，流体速度大小和方向变化越快，湍流程度增大，探究网格的位置对于加大内部流体湍流程度具有重要作用，分析对比流场云图，网格距离收缩管顶端越近，内部的压力差越大，清洗水和空气的湍流程度越大；而网格间距越小使得湍动能增大，单层网格比两层网格内部压力场更佳，同时单层网格经济效率也最佳。　　（5）依据仿真模拟的结果与理论知识，运用到生产实践中指导空气静电喷漆室的工业运行。

目录

声明

1 绪论

1.1汽车涂装工艺简介

1.2喷漆室简介

1.2.1喷漆室室体

1.2.2供风系统

1.2.3排风系统

1.2.4循环水系统

1.3计算流体力学

1.3.1计算流体力学简介

1.3.2 计算流体力学的特点

1.3.3 计算流体力学的结构

1.3.4 计算流体力学的求解步骤

1.4文丘里管的研究现状

1.4.1对文丘里管内部流场特点仿真研究

1.4.2优化对文丘里管结构的仿真研究

1.5论文研究意义与创新点

1.5.1课题研究意义

1.5.2课题研究内容

2 文氏喷漆室的数学模型

2.1基本守恒方程

2.1.1质量守恒方程

2.1.2动量守恒方程

2.2湍流模型

2.3数值计算方法

2.4边界条件类型

2.5本章小结

3 文氏喷漆室的工作原理与边界条件的探究

3.1文丘喷漆室的工作原理

3.1.1文式喷漆室简介

3.1.2文氏喷漆室的结构

3.1.3文氏喷漆室工作原理

3.2仿真模型的建立

3.2.1模拟建立

3.2.2网格的划分

3.3边界条件的探究

3.3.1清洗水入口速度

3.3.2空气入口速度

3.4本章小结

4 文氏喷漆室的仿真模拟

4.1收缩管长度对文氏管流场的影响

4.1.1收缩管长度对文丘里管压力场的影响

4.1.2收缩管长度对文丘里管速度场的影响

4.2喉管长度对文丘里管流场的影响

4.2.1喉管长度对文丘里管压力场的影响

4.2.2喉管长度对文丘里管速度场的影响

4.3 收缩管角度对文丘里管流场的影响

4.3.1收缩管角度对文丘里管压力场的影响

4.3.2收缩管角度对文丘里管速度场的影响

4.4喉管宽度对文丘里管内部流场的影响

4.4.1喉管宽度对文丘里管内部压力的影响

4.4.2喉管宽度对文丘里管内部速度的影响

4.5最佳条件下云图分析

4.5.1文丘里管内部压力场分析

4.5.2文丘里管内部速度场分析

4.6本章小结

5 文丘里管结构模拟优化与生产实践

5.1网格文丘里管结构的探究

5.2网格位置的研究

5.3网格板间隔的研究

5.4两层网格板的研究

5.5 生产实践与应用

5.6本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果