司朝兵

（江蘇鷹游紡機(jī)有限公司，江蘇連云港 222062）

拉幅定形機(jī)廣泛應(yīng)用于梭織物、針織物等多種紡織品的后整理工序中，通過控制溫度來改善織物的手感、顏色、幅寬、外觀等［1］。烘箱內(nèi)的溫度控制在160～200 ℃，利用箱體保溫板將烘箱內(nèi)溫度與外界隔絕。由于定形機(jī)生產(chǎn)成本高，在試制之前需對其溫度性能進(jìn)行有效評估，利用Creo Simulste 軟件的熱仿真功能，實現(xiàn)對箱體保溫性能的模擬。

1 定形機(jī)箱體結(jié)構(gòu)建模

拉幅定形機(jī)的箱體結(jié)構(gòu)通常在10 節(jié)左右，為便于分析，以兩節(jié)箱體作為分析對象，按照實際尺寸及結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，箱體框架周圍使用矩形保溫板隔離。兩節(jié)箱體主視圖如圖1所示。

圖1 兩節(jié)箱體主視圖

圖1 中A 區(qū)域箱體與烘箱內(nèi)高溫氣體直接接觸，此保溫板為矩形結(jié)構(gòu)，尺寸為1 400 mm×1 160 mm，厚度為150 mm。本實驗以A 部分保溫板為對象，對其熱性能進(jìn)行仿真研究。其主體外殼為普通鋼板，內(nèi)部為填充石棉。為便于分析，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，除掉多余部分，外部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3 所示。從左至右依次為外金屬殼、石棉板和內(nèi)金屬殼。內(nèi)外金屬殼之間采用鉚釘連接，仿真過程忽略表面油漆影響。石棉板厚度為150 mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.35 W/（m·K），具有很好的隔熱性能［2］。

圖2 保溫板外部結(jié)構(gòu)圖

圖3 保溫板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 熱力系統(tǒng)建模與仿真分析

2.1 材料參數(shù)

對保溫板進(jìn)行三維建模，進(jìn)入Creo 軟件，選擇應(yīng)用程序Simulate 程序、熱模式［3］。在熱模式下為保溫棉設(shè)定材料參數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)定為0.35 W/（m·K），密度為120 kg/m3，如圖4所示。

圖4 材料參數(shù)設(shè)定

外金屬殼和內(nèi)金屬殼材料為普通鋼板，導(dǎo)熱系數(shù)為43.00 W/（m·K），比熱為440 J/（kg·K），密度為7 900 kg/m3，表1為各部分參數(shù)。

表1 各部分參數(shù)

2.2 熱負(fù)荷仿真

為確保仿真熱負(fù)荷實際使用需求，設(shè)定的熱負(fù)荷值比正常工作數(shù)值稍大，以確保滿足實際生產(chǎn)要求［4］。規(guī)定烘箱最大工作溫度為250 ℃，在模型中劃定有效區(qū)域C 為對流區(qū)，如圖5 所示。對流換熱系數(shù)為100 W/（m2?K）。

圖5 烘箱的有效區(qū)域

如圖6 所示，殼體體表溫度設(shè)定為230 ℃，設(shè)定熱輻射條件，空間變化均勻，輻射率為1，周圍環(huán)境溫度定義為40 ℃。

圖6 熱負(fù)荷參數(shù)設(shè)置

定義相關(guān)參數(shù)完成，模型自動生成熱負(fù)荷網(wǎng)格，網(wǎng)格密度表示所受熱負(fù)荷大小，保溫板中間區(qū)域溫度較高，網(wǎng)點較為密集，如圖7所示。

圖7 保溫板的熱負(fù)荷

2.3 仿真數(shù)據(jù)分析

模型生成網(wǎng)格，運行分析和研究命令，查看設(shè)計研究或有限元分析結(jié)果，得到保溫板的溫場分布范圍圖，如圖8 所示。設(shè)置溫場分布范圍，最低溫度設(shè)置為37 ℃，最高溫度設(shè)置為250 ℃。使用查詢命令查詢保溫板溫度點，得到最高溫度與最低溫度分布點。由圖8 可以看到，烘箱表面溫度小于分析結(jié)果40 ℃，符合實際運行要求［5］。

圖8 保溫板的溫場分布范圍

3 結(jié)論

使用Creo Simulste 仿真軟件對定形機(jī)烘箱保溫性能進(jìn)行分析，研究保溫板的隔熱性能，將熱負(fù)荷、指定溫度和對流數(shù)應(yīng)用于熱傳導(dǎo)模型。仿真結(jié)果有效地反應(yīng)了保溫板內(nèi)外溫度分布情況。此種方法可應(yīng)用于大型設(shè)備的熱性能分析，通過直接設(shè)計幾何應(yīng)用真實數(shù)據(jù)獲得實際性能以改善產(chǎn)品質(zhì)量，同時無縫集成的模擬環(huán)境可節(jié)省時間、減少錯誤，甚至省去制造物理原型的費用，降低開發(fā)成本。