張國良，孫忠文，劉永平，司朝兵，張斯緯

高溫拉幅定型機烘箱保溫板隔熱效果仿真分析

張國良，孫忠文，劉永平，司朝兵，張斯緯

（江蘇鷹游紡機有限公司，江蘇連云港 222002）

為分析高溫拉幅定型機烘箱保溫板表面熱量分布和外表面最高溫度，運用SolidWorks Simulation仿真軟件對填充頁巖板的保溫板結(jié)構(gòu)進行熱力分析，并將分析結(jié)果與需求結(jié)果進行比較，結(jié)果證明設(shè)計結(jié)構(gòu)在溫度高于實際工況的條件下仍然符合實際需求。

定型機；SolidWorks Simulation；隔熱；導(dǎo)熱率

0 引言

高溫拉幅定型機是紡織面料的一種整理設(shè)備，對織物有拉幅、定型和烘干功能，烘箱內(nèi)溫度通常在160℃到200℃之間，烘箱內(nèi)的高溫空氣需要與外界空氣通過保溫板隔絕開來。定型機屬于大型設(shè)備，新產(chǎn)品試制成本高，需要在設(shè)計階段對保溫板隔熱效果做出有效判斷，本文根據(jù)定型機具體結(jié)構(gòu)尺寸，利用SolidWorks Simulation軟件對隔熱板效果進行仿真分析。

1 定型機烘箱結(jié)構(gòu)及保溫板結(jié)構(gòu)

高溫拉幅定型機通常具有十節(jié)烘箱和機頭機、尾部分，為便于讀者理解，僅展示四節(jié)烘箱示意圖，如圖1所示，四節(jié)烘箱總長12米。烘箱周邊全部由矩形保溫板隔離，圖中字母B區(qū)域的保溫板與烘箱內(nèi)高溫空氣直接接觸，其它保溫板與烘箱內(nèi)高溫空氣之間還有隔熱層，本文對字母B區(qū)域的保溫板隔熱效果進行仿真分析。

圖1 四節(jié)烘箱主視圖與俯視圖

保溫板長方體結(jié)構(gòu)，尺寸為1400mm × 1160mm × 150mm。主體結(jié)構(gòu)為金屬外殼，中間填充ROXUL巖棉板。為便于仿真分析，對保溫做簡化，去除與保溫效果無關(guān)的附件，簡化后如圖2所示，圖2中C所在區(qū)域，為實際接觸高溫空氣的表面。截面如圖3所示，從左到有依次是內(nèi)金屬殼、ROXUL巖棉板、外金屬殼，其中內(nèi)金屬殼和外金屬殼材料為普通鋼板，板厚1mm,圖中為便于觀察，夸張放大板厚。外金屬殼與內(nèi)金屬殼用抽芯鉚釘鉚接，仿真分析中忽略表面油漆；ROXUL巖棉板為國際知名公司ROXUL提供的保溫棉，厚度為150mm，具有良好的隔熱性能，導(dǎo)熱率為0.34。

圖2 保溫板主視圖與左視圖

圖3

2 熱力算例建模與參數(shù)設(shè)定

2.1 設(shè)定材料屬性

完成保溫板裝配體建模后，進入SolidWorks Simulation新建Thermal熱力算例，在模型樹Parts分類下，為“保溫棉”設(shè)定自定義材料，導(dǎo)熱率設(shè)定為0.034 W/(m·K)，比熱設(shè)定為750 J/(Kg·K),密度設(shè)定為120kg/m^3,如圖4所示。內(nèi)金屬殼和外金屬殼材料屬性設(shè)定為普通碳鋼plain carbon steel，導(dǎo)熱率設(shè)定為43 W/(m·K)，比熱設(shè)定為440 J/(Kg·K),密度設(shè)定為7900kg/m^3，各參數(shù)如表1所示。

圖4

表1

2.2 設(shè)定熱載荷條件

為保證分析結(jié)果的有效性，設(shè)定熱載荷條件按高要求設(shè)定，如圖2所示的區(qū)域C接觸溫度為烘箱較低溫度趨于，按烘箱有效工作溫度468K設(shè)定，設(shè)定值大于實際值，這樣保證分析結(jié)果溫度不低于實際值。在模型樹熱載荷分類下，添加圖2所示的區(qū)域C為熱對流，如圖5所示，對流換熱系數(shù)為100W/（m^2.K）,總環(huán)境溫度為468K;設(shè)定空氣自由對流區(qū)域?qū)α鲹Q熱系數(shù)為20W/（m^2.K）,總環(huán)境溫度為303K，如圖6紅色符號;設(shè)定空氣靜止區(qū)域?qū)α鲹Q熱系數(shù)為20W/（m^2.K）,總環(huán)境溫度為303K，如圖6綠色符號。

圖5

圖6

2.3 仿真分析外表面溫度

為模型生成網(wǎng)格，運行算例，得到模型表面熱力圖解。烘箱內(nèi)高溫空氣溫度為468K,圖7(a)接觸接高溫空氣的熱力圖解，圖7(b)為圖7(a)從左上角到右下角探測結(jié)果，紅色區(qū)域溫度約為460K，接近設(shè)定的468K。圖8(a)為接觸外界空氣表面的熱力圖解，圖8(b)為圖8(a)從左上角到右下角探測結(jié)果，最高溫度為319K，等于46℃，因為實際溫度小于設(shè)定的參數(shù)468K，所以烘箱表面溫度小于分析結(jié)果46℃，符合預(yù)期狀況。

圖7- (a)

圖7- (b)

圖8- (a)

圖8- (b)

3 結(jié)論

運用SolidWorks Simulation對直接接觸烘箱內(nèi)部高溫空氣的保溫板進行隔熱效果分析，結(jié)果有效反映了保溫板外側(cè)面熱量分布情況，和外側(cè)面最高溫度情況。利用這種算法可以提前預(yù)測類似隔熱設(shè)計的效果，縮短設(shè)計時間，降低大型設(shè)備試制成本。

Simulation analysis on thermal insulation effect of insulation board of high temperature stenter forming machine

ZHANG Guo-liang,SUN Zhong-wen,LIU Yong-ping,SI Chao-bing,ZHANG Si-wei
(Jiangsu ZGL,Jiangsu Lianyungang 222002,China)

In order to analyze the heat distribution on the surface of the insulation board and the maximum temperature of the outer surface of the oven, the thermal analysis of the structure of the insulation board filled with shale plate was carried out by using SolidWorks Simulation simulation software. The results were compared with the demand results. Structure in the temperature is higher than the actual conditions of the conditions still meet the actual needs.

shaping machine; SolidWorks Simulation; thermal insulation; thermal conductivity

TS103.1

B

投稿日期：2017-04-10

張國良（1956-），男，中共黨員，教授級高級工程師、博士，享受國務(wù)院特殊津貼。連云港鷹游紡機集團、中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司董事長、黨委書記，第十屆、十一屆全國人大代表，第十屆、十一屆江蘇省黨代表，第十二屆江蘇省人大常委、全國工商聯(lián)執(zhí)委。國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)司輕紡工業(yè)專家、中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會碳纖維分會會長。