一种涂装烘干室气流温度场仿真计算方法

摘要

本发明公开了一种涂装烘干室气流温度场仿真计算方法，包括以下步骤：根据待模拟的烘干室空间结构和工件空间结构建立三维简化封闭空间模型；对所建立的烘干室三维几何模型和工件模型进行网格划分；建立所述烘干室内部流场和温度场的数学模型；根据烘干室各区域空气入口边界条件参数，编制UDF控制程序，定义数学模型边界条件；根据所述的边界条件参数求解出所述的特性参数，以获得所述流场特性和温度场特性；在计算数据求解完成后，可以观察到空气气流在烘干室内的流动状态，以及工件在不同区域段的加热和冷却状态，此时如果工件各部位受热时间过长或者工件冷却效果不理想，可通过调整空气入口喷嘴位置或速度，从而达到理想效果。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车涂装车间技术领域，具体领域为一种涂装烘干室气流温度场仿真计算方法。

背景技术

汽车涂装烘干室是一种关于汽车白车身加热烘干的一种设备，广泛应用于汽车加工制造领域，其中，工件在烘干室加热和冷却过程中，对空气速度及工件温度控制有着严格的要求，因此烘干室喷嘴位置的合理化分布显得十分重要。

目前，针对烘干室喷嘴位置的分布大多数采用实验方法进行分析，实验过程中需要在有限的空间内调整喷嘴的数量、角度，操作十分不便、耗费大量的人力物力，同时数据的监测和采集也十分困难，使得产品的设计周期变得更加漫长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涂装烘干室气流温度场仿真计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种涂装烘干室气流温度场仿真计算方法，包括以下步骤：

步骤S110、根据待模拟的烘干室空间结构和工件空间结构建立三维简化封闭空间模型；

步骤S120、对所建立的烘干室三维几何模型和工件模型进行网格划分；

步骤S130、建立所述烘干室内部流场和温度场的数学模型；

步骤S140、根据烘干室各区域空气入口边界条件参数，编制 UDF控制程序，定义数学模型边界条件；

步骤S150、根据所述的边界条件参数求解出所述的特性参数，以获得所述流场特性和温度场特性。

步骤S110中建立三维简化封闭空间模型包括以下步骤：

步骤S1101、确定模拟烘干室气流喷嘴位置的空间三维结构；

步骤S1102、确定模拟烘干室几何三维结构模型；

步骤S1103、确定模拟工件空间三维结构模型；

步骤S1104、确定模拟工件与烘干室喷嘴位置相对关系。

步骤2中进行网格划分包括以下步骤：

步骤S1201、对确定模拟的烘干室和工件表面几何结构进行简化处理；

步骤S1202、采用ICEM-CFD、Hyper mesh、Meshing软件进行几何模拟，而后进行非结构化网格划分；

步骤S1203、基于气流喷嘴和工件表面网格尺寸小于烘干室几何整体网格尺寸，对工件表面格子进行细化。

步骤S130中的数学模型的建立包括以下步骤：

步骤S1301，选取传热模型：

传热计算满足能量守恒定律，该定律可表述为：微元体中能量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面力对微元体所做的功，通过求解能量方程来解决传热问题,能量方程的具体形式如下：

式中E为总能量，k

步骤S1302，选取湍流模型：

基于烘干室内气体流速远小于声速，仿真计算中把空气视为不可压缩理想流体，烘干室内空气流动情况十分复杂，存在大量涡流，须按照湍流流动处理，因此选择标准的k-ε湍流模型，标准 k-ε模型是典型的两方程模型，是在湍流的时均连续方程和 Reynolds方程的基础上，再建立一个湍动能k的输运方程和一个关于湍动能耗散率E的方程，这样便形成了k-ε两方程模型，具体形式如下：

式中G

步骤S1303，设定导热壳体模型：

工件外壳网格模型为面网格,即在网格模型中忽略了其实际工件壁厚，计算中通过将工件外壳设置为Thin-Wall边界条件对壁厚和导热系数进行定义,Thin-Wall计算模型以代替体网格计算模型，网格质量和计算效率将大幅度提高。

步骤S140中的数学模型的边界的定义条件的确定包括以下步骤：

步骤S1401、通过C语言编译空气入口速度随时间变化的边界参数，0-12.2min入口空气速度为1.5m/s，12.2-61.88min，入口空气速度为16m/s，61.88-102.79min，入口空气速度为18m/s；

步骤S1402、通过C语言编译空气入口温度随时间变化的边界参数，0-61.88min，入口空气温度200℃，61.88-102.79min，入口空气温度18℃；

步骤S1403、将编译完成的UDF程序导入计算软件，设置空气入口边界为速度入口，设置空气出口边界为压力出口，出口压力为 0pa即自由压力出口；

步骤S1404、定义烘干室流体域壁面条件，将壁面等效设置为无滑移壁面边界条件，壁面区域采用近壁面标准函数设置；

步骤S1405、定义工件壳体参数，设置厚度参数、材料参数。

所述的编译完成的UDF程序包括：

编制气流入口不同时间段的气流速度控制程序；

编制气流入口不同时间段的气流温度控制程序。

步骤S150中提取获得的参数包括流场速度参数、工件温度参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在计算数据求解完成后，可以观察到空气气流在烘干室内的流动状态，以及工件在不同区域段的加热和冷却状态，此时如果工件各部位受热时间过长或者工件冷却效果不理想，可通过调整空气入口喷嘴位置或速度，从而达到理想效果。

附图说明

图1为本发明烘干室气流温度场仿真计算技术方法的实施流程图；

图2为本发烘干室三维封闭模型结构示意图；

图3为本发明烘干室喷嘴结构与工件组合模型相对位置三维结构示意图；

图4为本发明烘干室喷嘴三维结构模型示意图；

图5为本发明烘干室喷嘴三维简化模型示意图；

图6为本发明空气入口速度UDF程序图；

图7为本发明空气入口温度UDF程序图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案一种涂装烘干室气流温度场仿真计算方法，包括以下步骤：

步骤S110、根据待模拟的烘干室空间结构和工件空间结构建立三维简化封闭空间模型；

步骤S120、对所建立的烘干室三维几何模型和工件模型进行网格划分；

步骤S130、建立所述烘干室内部流场和温度场的数学模型；

步骤S140、根据烘干室各区域空气入口边界条件参数，编制 UDF控制程序，定义数学模型边界条件；

步骤S150、根据所述的边界条件参数求解出所述的特性参数，以获得所述流场特性和温度场特性。

步骤S110中建立三维简化封闭空间模型包括以下步骤：

步骤S1101、确定模拟烘干室气流喷嘴位置的空间三维结构；

步骤S1102、确定模拟烘干室几何三维结构模型；

步骤S1103、确定模拟工件空间三维结构模型；

步骤S1104、确定模拟工件与烘干室喷嘴位置相对关系。

步骤2中进行网格划分包括以下步骤：

步骤S1201、对确定模拟的烘干室和工件表面几何结构进行简化处理；

步骤S1202、采用ICEM-CFD、Hyper mesh、Meshing软件进行几何模拟，而后进行非结构化网格划分；

步骤S1203、基于气流喷嘴和工件表面网格尺寸小于烘干室几何整体网格尺寸，对工件表面格子进行细化。

步骤S130中的数学模型的建立包括以下步骤：

步骤S1301，选取传热模型：

传热计算满足能量守恒定律，该定律可表述为：微元体中能量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面力对微元体所做的功，通过求解能量方程来解决传热问题,能量方程的具体形式如下：

式中E为总能量，k

步骤S1302，选取湍流模型：

基于烘干室内气体流速远小于声速，仿真计算中把空气视为不可压缩理想流体，烘干室内空气流动情况十分复杂，存在大量涡流，须按照湍流流动处理，因此选择标准的k-ε湍流模型，标准 k-ε模型是典型的两方程模型，是在湍流的时均连续方程和 Reynolds方程的基础上，再建立一个湍动能k的输运方程和一个关于湍动能耗散率E的方程，这样便形成了k-ε两方程模型，具体形式如下：

式中G

步骤S1303，设定导热壳体模型：

工件外壳网格模型为面网格,即在网格模型中忽略了其实际工件壁厚，计算中通过将工件外壳设置为Thin-Wall边界条件对壁厚和导热系数进行定义,Thin-Wall计算模型以代替体网格计算模型，网格质量和计算效率将大幅度提高。

步骤S140中的数学模型的边界的定义条件的确定包括以下步骤：

步骤S1401、通过C语言编译空气入口速度随时间变化的边界参数，0-12.2min入口空气速度为1.5m/s，12.2-61.88min，入口空气速度为16m/s，61.88-102.79min，入口空气速度为18m/s；

步骤S1402、通过C语言编译空气入口温度随时间变化的边界参数，0-61.88min，入口空气温度200℃，61.88-102.79min，入口空气温度18℃；

步骤S1403、将编译完成的UDF程序导入计算软件，设置空气入口边界为速度入口，设置空气出口边界为压力出口，出口压力为 0pa即自由压力出口；

步骤S1404、定义烘干室流体域壁面条件，将壁面等效设置为无滑移壁面边界条件，壁面区域采用近壁面标准函数设置；

步骤S1405、定义工件壳体参数，设置厚度参数、材料参数，材料参数如下表所示：

所述的编译完成的UDF程序包括：

编制气流入口不同时间段的气流速度控制程序；

编制气流入口不同时间段的气流温度控制程序。

步骤S150中提取获得的参数包括流场速度参数、工件温度参数。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。