极板快速干燥机风道流场的数值模拟和优化

河北大学学报（自然科学版）bookmark0极板快速干燥机风道流场的数值模拟和优化马力辉12，齐明君12，侯晓华12，臧扬扬3，孙辉12（1.河北大学质量技术监督学院，河北保定071000；。河北大学低碳研究院，河北保定0H000；3.保定市质量技术监督局特种设备监督检验所，河北保定071000）立风道形状、出风风道几何计算模型，分析风道流场，提出优化方案，为实际生产提供可靠依据。结果表明，梯形风道与矩形风道相比，变截面设计可以提高出风风道两侧末端出风口风速；在出风风道模型中，合理的导流板位置可以提高出风口风速的大小并改善其均匀性。
在铅酸蓄电池生产中，固化好坏至关重要。固化前，对涂膏板栅进行快速干燥使附着的铅膏含水量由11下降到8左右是重要的工艺之一。极板快速干燥机就是此过程的专业设备。其由窑体、风道、加热循环风系统、输送系统、排湿系统等组成，如所示。涂膏板栅沿极板运输平面水平通过干燥机窑体，热空气以循环风机为动力，通过风道导向，终由出风风道（上、下风道）出风口吹出，对板栅上下表面进行快速干燥，达到失水3的目的。在干燥机的设计中，降低热气流在风道内流动的损失、提高热气流流速的均匀性对提基金项目：河北大学中西部高校提升综合实力工程资助项目作者：马力辉（1967-），男，河北定州人，河北大学教授，博士，主要从事产品创新设计、制药装备、检测技术等方向的研究。E-mail：malihuialiyun.com高干燥性能至关重要。由于空气的流动难以预测，对设备结构的反复。
2数值模拟与结果21模拟方案设置出风风道形状、出风风道不同导流板位置模拟方案示意如所示。出风风道形状方案中，风道进风口位置及大小已确定，利用调节梯形底部长度（L）来改变风道两侧变截面长度及角度，共有5组方案：600方案（L=1600mm），1800方案（L=1800mm），2000方案（L=2000mm），2200方案（L=2200mm），矩形方案（L=6650mm）。出风风道的导流板不同位置方案设置有无导流板、1对导流板和2对导流板，共43组方案，方案参数设置见表1.用A1B1表示一对导流板参数，A1，表示深度参数（a），表示位置参数（，）；A2mB2n表示2对导流板参数，A2m表示深度参数U1，a2），B2n表示导流板位置参数。如A12表示一对导流板200（150，500）方案，A23B23表示风道模拟方案尺寸示意表i导流板深度、位置设置序号2.2出风风道形状模拟分析分别对5组方案进行计算机流场模拟。在条形出风口均匀选取监测点素，充分分析检测点素数据，监测点素位置选择应能充分表征出风风道速度规律。每个条形出风口上均匀选取8个监测点素，梯形较短一侧取20个条形出风口，梯形较长一侧取40个条形出风口。
由可知，风速1012，1214，1416m/s的监测点素数量均明显增加，其中1214m/s的增幅m/s的提升比率为9. m/s的提升比率为37. m/s相差不大、基本相当，速度大于10 m/s的提升比率为31. 4；风速较小的监出风风道形状监测点素速度统计Fig.测点素数量有所下降，其中小于5m/s的下降比率为44056.0，510m/s的下降比率为25.629.5.梯形风道可以有效地增加两端出风口的风速，使出风口风速为1016m/s的速度有所提升、小于10m/s的速度有所减少及大于16m/s的速度基本不变。这样出风口风速就集中在中间比较高的风速范围内。
3出风风道不同导流板位置模拟分析由于方案多（对导流板方案20组，2对导流板方案42组，无导流板方案1组），经过分析选取监测点素速度大于10m/s的数量、子区域速度大于10m/s点素数量百分比及对比速度云图获得结果。
2.3.1监测点素速度大于10 m/s的数量统计风道出风口监测点素总数，速度大于10m/s点素数量如所示。根据表1可确定各方案的具体参数。图中各方案均对应标有速度大于10m/s点素数量，其中无导流板速度大于10m/s点素数量为536，导流板使速度大于10m/s点素数量有所增加，提高风道出风口较大风速的区域范围，作为第1次筛选的结果2.3.2子区域速度大于10m/s点素数量百分比出风口划分为12个子区域，分析子区域出风口速度，如所示。子区域出风口速度对干燥效果的影响权重不同，子区域筛选权重为：八1八1，八2八2282，0101高于扮81，0202.筛选原则：在高权重区域内，出现大于10m/s点素数量百分比为0或很小（百分比小于0. 3）的方案将去除；出现多个区域大于10m/s点素百分比偏小的方案将去除；低权重区域内，出现大于10m/s点素数量百分比为0将直接去除；出现大于10m/s点素数量百分比很小（百分比小于0.3）时，综合考虑各区域情况后，决定是否去除。由素所占比例为0，（200，400）（100，500）（250，400）方案在丑2及八1区域内大于10心/点素所占比例均比较2.3.3云图分析对比以上筛选方案的出风口速度云图，直观的辨别出速度的均匀性，云图如所示。由可知，方案100（150，650）、100（350，550）在均匀性上较差：白色区域面积大即速度较小所占面积大；方案200（250，450）进风口附近出现大面积低速区域，极板在干燥过程中加热不均匀，容易出现一半已干燥另一半潮湿的现象；方案（200，300）（100，500）（250，400）相对于剩余2个方案，在云图上方白色区域较大，速度较低。方案（200，300）（100，700）（300，400）相比，前者黑色区域更深、范围更大即出风口速度更大和较大风速的区域更大，说明其在均匀性及速度大小上更好一些。
3结论设置多组模拟方案，针对极板快速干燥机风道形状及风道内导流板位置，进行风道流场分析，结果表明：梯形风道与矩形风道相比，可以一定程度提高风道两侧末端出风口速度，较长侧速度提升更为明显，在模拟方案中，综合考虑相关结构参数，1800方案稳定性好，适宜应用于实际生产；对出风风道导流板位置改变而设置的众多方案进行3次筛选，分别对监测点素速度大于10m/s的数量、子区域速度大于10m/s点素数量百分比、云图进行分析，说明合理的导流板位置可以提高出风风道出风口风速的均匀性及风速大小，在模拟方案中，方案（200，300）（100，700）（250，450）出风口风速的均匀性及大小效果更好，适宜应用于实际生产。
出风风道侧进风筛选云图Fig.