张亚楠++孟礼++张华
摘 要：对皮革真空干燥机而言，合理的加热流道是保证皮革获得良好加热效果的重要因素。现用icem对两种不同方案的流道及外部台板进行六面体结构化网格划分，用fluent软件对其进行分析，并对分析的流道温度场结果进行比较。结果表明，两种方案均有不足之处，在对第二种流道进行改进后，重新进行分析，获得了与实际相符的最佳分析结果。
关键词：干燥台板加热效果 温度场流道 fluent icem
中图分类号：TS531 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0009-02
皮革真空干燥机是一种将皮革置于一密封工作腔内，用真空泵不断地抽真空，并用台板流道内的热水进行加热，进而达到干燥皮革目的的皮革机械。加热流道的合理与否直接影响到真空腔内皮革的加热效果。现针对公司提供的两种方案的图纸，进行了三维造型、六面体结构化网格划分，对传热过程进行了适当简化后，对原方案与改进后的方案的温度场进行分析。
1 几何建模
现有两种不同的流道，分别如图1、图2所示。其中第二种流道是成双布置于干燥台板内部的。
2 网格划分
在所建模型导入icem，创建整体block，先切分出外部台板的edge，由于入口处有倾斜段，所以在完成外部切分后采用节点关联的方式先进行关联。接下来切分台板内部以分离出固液表面，对于进出口水管处，要依据内圆柱壁的深度进行O型剖分，从而完成固液区域的分离。对curve进行关联，先完成对内侧流道的关联。关联好全部curve后，再对圆弧段处和进出口内孔处进行O型剖分，调整节点，最终完成网格划分[1]。
3 边界条件
Fluent中边界条件设置：查阅泵的选型手册可知，泵的流量为400m3/h，进水管为直径54mm的圆截面，又因为一台机器有6个工作台板，就意味着6个进口，则为400/3600/6/3.1415926/0.027/0.027=8.09m/s，而由于第二种流道成双布置于干燥台板内部，故进口速度只有第一种流道进口速度的一半，为4.04m/s。出口管流出的水并不通向大气，而是流回水箱，由于对出口的情况不了解，这里出口条件设置为outflow。内部的水与台板接触面为耦合面，默认为coupled。除台板上表面接真空腔，不考虑与空气的对流换热外，其余台板外表面均考虑与空气的对流换热[2]。
3 计算结果
第一种流道的数值计算结果如图3所示：（单位：K）
分析：流道一内的温度从50℃降到47.822℃，最大降低了2.178℃。用Function Calculator算得流道平均温度为49.107℃，平均降低了0.893℃。温度较低的部位影响了传热效率，而且不均匀的温度场对皮革的烘干质量产生了不良影响。
第二种流道的数值计算结果如图4所示：（单位：K）
流道二内的温度从入水口的50℃降低到47.959℃，最大降低了2.041℃，流道的平均温度为49.435℃，平均降低了0.622℃。可以发现，在出水口区域的上方存在小片的低温区域，大大增加了流道的温差，严重影响整体的温度分布。此外，在流道直角弯的近壁端，尤其是直角处温度较低。
两种方案的比较：虽然无论从最大温度差还是平均温度的角度来看，第二种方案更优，但从温度云图来看，第二种方案出水口区域上方的温度分布很差，此外，直角弯处的温度分布也不如圆弧段平滑。
4 改进优化
对第二种流道进行改进，将直角弯改为圆弧段，并改变出水口的位置，流道温度场的数值结果如图5所示。
改进后的流道温度从50℃降到48.832℃，降低了1.168℃。流道平均温度为49.523℃，降低了0.477℃，不仅较之前的流道二，最低温度和平均温度有了较大幅度的提升，且代表各個温度区域的色块分布地很均匀，没有出现之前流道二出口区域上方的低温区域，到现场用温度计测量，出口与入口流道水温仅相差1.2℃，表明分析结果与实际相符，改进成功。
5 结论
（1）从两种流道温度场的对比来看，第二种流道的出入水口之间温差要小，且平均温度更高，但出水口区域的上方温度分布情况很差，直角弯处的温度分布亦不理想。（2）采用优化后的流道进行分析，发现平均温度降低了0.477℃，出口与入口间温度仅相差1.2℃，与实际温度测量值相符。
参考文献
[1]纪兵兵，陈金瓶.ANSYS ICEM CFD网格划分技术实例详解[M].中国水利水电出版社， 2012.
[2]宋学官，蔡林.ANSYS流固耦合分析与工程实例[M].中国水利水电出版社， 2012.endprint
