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本发明涉及印染热定型机领域，具体涉及一种拉幅热定型机的烘箱结构。
背景技术：
所谓热定形，就是将织物在张力作用下置于高温环境（如180-200℃）中，保持一定尺寸或形状的过程。 热处理一段时间后，然后快速冷却。 在此过程中，由于合成纤维具有良好的热塑性，当暴露在较高的温度环境中时，大分子链段之间的重排引起纤维微观结构和形态的巨大变化，导致改变的纤维微观结构被固定船舶物资，因此热定形的主要作用就是赋予织物一个相对稳定的尺寸和形状。
由于合成纤维及其混纺织物在纺织染整过程中经过多次干、湿热处理，织物在运行过程中受到各种拉力作用，其形状和尺寸总是呈多种形状。 复杂的条件，如经纬长度的变化（收缩或伸长）、织物褶皱等，使产品的外部形状和结构尺寸发生变化，有的甚至失去织物应有的形状和外观。 和风格，严重影响拍摄表现。 这种情况可以通过热定型得到很大的改善。
拉幅热定型机是织物定型最重要的设备。 通过定型机可重塑纤维结构，改善织物的手感、滑爽性、色泽、幅宽、强度、外观等，从而满足织物的要求。 采取绩效。
现有定型机的结构如图1所示，其中1为风机，2为排气孔，3为风道，4为热交换器，5为风叶，6为烘箱。 传统烘箱结构中，印染布经对中机构对中后，进入风道3的中间高度位置，带有水分的布在从烘箱喷嘴喷出的热风中被拉幅、热定型。风道3。烘箱通过结构式换热器对空气进行加热，并在风机1的作用下将风机引导至风道3。高速热风喷出后，完成物体的加热定型。布后，大部分废气从排气孔2排出，部分气体再次进入热交换器4加热继续循环或进入下一个烘箱。
其中，拉幅热定型机的干燥室结构对定型效果影响较大，其中风嘴对定型效果影响最大。 然而，在目前整形机的设计过程中，由于缺乏合理的设计方法，仅凭经验和直观想象进行设计，导致设计效果不佳。 特别是传统定型机在换热器至风机这段区域存在大面积的高强度回旋涡流，造成排气不畅、涡流结构中易积聚纤维粉尘等问题，导致过度的能源消耗和潜在的火灾隐患。 。
技术实现要素：
本发明提供了一种拉幅机热定型机烘箱结构，能够有效解决热定型过程中烘箱运行时流体运行不畅以及定型机内温度分布不均匀的问题。
本发明提供的技术方案是：
拉幅机热定形机的烘箱结构包括烘箱。 烤箱箱体内设有风道、热交换器和风扇。 热交换器与风机之间单排设有涡流破碎结构。 涡流破碎结构的长度用l表示，l定义为喷嘴长度的0.15-0.35倍，最大高度d0为换热器高度的0.6-0.75倍。 这里，涡流破坏结构的最大高度位于热交换器本身的长度的中心。 定义为0.45l~0.55l，涡流破碎结构前端由两段圆弧段平滑过渡构成：圆弧段一为半径为d0的圆，呈凹形，位于圆弧段的起始端。涡流破碎结构并与涡流接触。 破碎结构上端线相切，d0的大小与涡流破碎结构的高度d0有关，定义为d0=0.1d0~0.2d0； 第二圆弧段是半径为d1的圆，其为凸圆，且位于第一圆弧段内。 在前后位置的前端处，圆弧段二位于圆弧段一的前面，并且两个圆弧段的中心连线与垂直线形成角度θ1。 该角度定义为θ1=10°~30°。 破涡结构 其余位置圆弧采用流线圆弧过渡连接；
涡流破碎结构具有一定的倾角。 倾斜类型定义为倾斜角度θ2的倾斜拉幅机，θ2=5°～15°。 涡流破碎结构的边缘是圆角的。 圆角尺寸恒定，为d2，与涡流破碎结构的最大高度相同。 d0相关，定义为d2=0.1d0~0.15d0，破涡结构上端面的宽度记为h，下端面的厚度可由不同的职位；
涡流破碎结构与定型机隔板连接。 涡流破碎结构与前后位置的换热机构相邻但不连通。 涡流破碎结构圆弧段1中心距换热器的距离定义为lj，lj=0.1l-0.2l；
烘箱上下分布有12个喷嘴风道。 12个喷嘴风道构成左右5个喷雾组之间的短间隔hs和中间1个长间隔hl。 在定型机的烘箱中，短间隔板中间有一个圆形孔，圆形排气孔将织物加热后的热空气引出。
与喷嘴风道相对应的有12个破涡结构。 其中，在烘箱的喷嘴风道的布置中，中间部分是两种结构的连接点。 中间有一个空地。 破涡结构的厚度ha与喷嘴段之间的距离有关。 ，ha=0.7hs~0.8hs，位于短间距hs处的涡流破碎结构中心线与短间距中心线重合； 位于长间距hl处的涡流破碎结构的设置中，涡流破碎边缘与长间距边缘重合。
本发明的定型机烘箱结构解决了传统定型机烘箱在运行过程中的水动力性能，改进了原有结构中存在的不合理的涡流结构，优化了局部流场，显着降低了涡流强度，解决了排风不畅，易纤维扬尘。 涡流结构处堆积造成的能耗过高和潜在火灾隐患等问题，为定型机的节能环保和安全生产提供了依据。
附图说明
图1是传统定型机烘箱结构示意图。
图2为本发明的优化流程图。
图3为织物在原始结构下的温度分布图。
图4为原结构下烘箱速度及流线分布图。
图5为本发明涡流破碎结构示意图。
图6为本发明涡流破碎结构示意图之二。
图7是图6的aa线剖视图。
图8是定型机烘箱内涡流破碎结构的位置示意图。
图9为本发明喷嘴风道的布置示意图。
图10为本发明优化结构后烘箱内织物温度分布图。
图11是本发明结构优化后的烘箱内速度与流线分布图。
图12为换热风机段流路优化前后的速度分布图。
图13为换热风机段流路优化前后的湍流动能分布图。
图14为换热器-风机截面流道优化前后湍流动能耗散项分布图。
详细方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
通过分析现有定型机烘箱结构，利用cfd软件对烘箱运行过程中流体运动不良、内部温度场分布不均匀等问题进行模拟。 在此基础上，提出了改善内部流动状态、消除不稳定流场结构的新机制来解决这一问题。 总体流程图如图2所示。
1：建立物理尺寸模型
在传统拉幅热定型机的基础上，建立1:1的物理尺寸模型。 基于等尺寸三维模型，对优化后的内部流场进行模拟和验证。
2：进行基于有限元的流体模拟
为了进行cfd模拟，本发明根据以下方法进行模拟。
1）建立边界条件
根据图1、图2所示的物理模型和工艺方法，对模型进行简化后（去除实际加工过程中的钣金连接件等因素），结合实际生产情况，在模拟时，热风入口（从烘箱进布口算起）的边界条件定义为速度入口，需要确定风速、风速方向、温度等条件。 热风出口通过排风管道、排风机排出。 另外，还有一定量的气流通过出布口进入下部烘箱。 出风口边界条件设置为压力出口； 空腔内覆盖有绝缘材料，视为绝缘层。 。
2）创建网格
在预处理软件中，整个烘箱被划分为多个计算域。 网格划分方法采用结构化网格，对整个烘箱边界层进行网格划分。 考虑到仿真的计算精度和结果可靠性，本发明进行了电网独立性验证。
3）CFD模拟
烘箱内流体流场为紊流。 对风道模型进行理想化后，选择标准k-ε方程模型作为湍流模型。 利用CFD内置的离散格式和压力-速度耦合方法来模拟流体的整个过程，从而获得传统烘箱的模拟结果。
为了便于说明，本发明选择定型机的实际加工工况，选择单段烘箱的进风量为/h，其中出风气体与进入气体的体积分数下段炉气相等船舶自动化设备维修，比例为1：1。 风扇转速为此，定义热交换器的导热油温度为200℃进行模拟。 经过模拟，织物表面的温度分布如图3所示：可以发现，织物表面的温度场存在一定的不均匀分布。 进行速度分析后拉幅机，速度流线分布如图4所示： 从速度流线可以更清晰地发现，换热器后侧形成了明显的涡流结构。
3、结构优化设计
改善定型机内部流动条件，实现均匀的温度流场和稳定的流体流动状态，对于增加定型机的工作范围、提高织物质量、增加产品附加值、增强市场竞争力具有重要作用。 同时，优化换热器-风机段流场分布，有利于消除带电纤维粉尘，减少安全隐患，增强定型机运行的可靠性和安全性。
为此，本发明设计了一种新型定型机烘箱，专门设计了破涡结构，削弱换热器-风机段流道内涡流结构的强度，从而实现内流。烘箱的场（速度场和温度场）。 ）以及定型机的高效运行。 本发明的涡流破碎结构如图5所示。根据烘箱结构，设计了小型翼型涡流破碎结构，单排布置在换热风机段内。 如图6所示，涡流破碎结构的长度用l表示，l定义为喷嘴长度的0.15-0.35倍，最大高度d0为换热器高度的0.6-0.75倍。 这里，涡流破碎结构的最大高度位于换热器本身长度的中心，定义为0.45l~0.55l，涡流破碎结构的前端由两个圆弧段平滑过渡形成：第一圆弧段为半径为d0的圆，其形状为凹形，位于涡流破碎结构的起始端，与涡流破碎结构相连。 结构上端线相切，d0的大小与涡流破碎结构的高度d0有关，定义为d0=0.1d0～0.2d0； 第二圆弧段为半径为d1的圆，其为凸形，位于第一圆弧段与结构上端线之间。 在前端，第二弧段的中心与第一弧段的中心位置在高度上相关。 圆弧段二与圆弧段一圆心的高度距离为d1，d1=0.4d0~0.6d0，同时，圆弧段二在前后位置上都在圆弧段一的前面，且连接两个弧段中心的线与垂直线形成角度θ1。 该角度定义为 θ1 = 10° 至 30°。 涡流破碎结构其余位置圆弧采用流线圆弧过渡连接。
如图7所示，破涡结构具有一定的倾斜角度。 倾斜类型定义为倾斜角θ2的倾斜，θ2=5°~15°。 涡流破坏结构的边缘是圆形的。 圆角尺寸恒定，为d2，与破涡结构一致。 结构的最大高度与d0有关，定义为d2=0.1d0~0.15d0。 破涡结构上端面的宽度记为h，下端面的厚度可根据不同的位置高度和倾斜角度θ2计算得到。 涡流破碎结构与定型机隔板连接。 涡流破碎结构与前后位置的换热机构相邻但不连通。 涡流破碎结构的弧段1的中心距换热器的距离定义为lj，lj=0.1l-0.2l。
如图8所示，涡流破碎结构7与整形机的隔板8连接。 涡流破碎结构前后与换热器4相邻但不相连，涡流破碎结构的弧段1的中心与换热器相连。 4的距离定义为lj，lj=0.1l-0.2l； 换热器结构接近涡流破碎结构的双圆弧段。
此外，翼型破涡结构的布置也非常重要。 事实上，这里的布置直接对应于烤箱中喷嘴的位置。 烘箱喷嘴位置排列如图9所示：
整机中，烘箱上下分布有12个喷嘴风道9。 以烘箱上部喷嘴为例，烘箱上部12个喷嘴风道构成左右5个喷雾组之间的短间隔（短间隔距离长度标记为hs），1个长间隔中间的间隙（长间隙距离长度标记为 hl）。 在定型机烘箱中，短隔板中间有一个圆孔，圆形排气孔将织物加热后的热空气引出。 因此，圆形排气孔部分的气流将高于喷嘴后部的气流。 由于热空气将被热交换器进一步加热，这会导致通过热交换器翅片的热气流不均匀，即喷嘴之间的间隙区域的热气流比喷嘴后面的区域更热。 空气流量要大得多。 进入换热器的热空气流动不均匀也会反映在换热器-风机段的风道上。 高流量区域产生的涡流强度高于低流量区域。 针对这一问题，本发明中，对破涡结构的排列顺序也进行了相应的安排。
对应的翼型涡破结构共有12个，其布置如图9所示。其中，在烘箱喷嘴风道9的布置中，中间部分为两个结构的连接点，中间部分为两个结构的连接点。是开放的，所以没有翼型。 从涡流破坏结构10的分布来看，其布置在中间较为密集。 破涡结构的厚度ha与喷嘴段之间的距离有关，ha=0.7hs~0.8hs。 位于段间距处的涡流破碎结构中心线与短间距中心线重合； 等间距布置的涡流破碎结构，使涡流破碎边缘与长间距边缘重合。
本发明中，涡流破碎结构具有倾斜角度，对进入的热空气形成分流作用。 内倾布置还可将靠近定型机烘箱隔断的气流引导至换热器-风机段的主风道。 热空气的停留时间减少。 涡结构的存在可以减弱局部涡强度，减少纤维粉尘的旋转次数。 加上较小的停留时间，可以防止纤维粉尘的积累。
4. 模拟验证
仿真验证过程与结构仿真部分大致相同，此处不再赘述。
模拟条件与上述相同。 烘箱整体温度分布如图10所示，烘箱内部速度场和流线分布如图11所示。对比图4和图11中的速度图和流线图可以看出，通过仿真验证，改进后的结构可以消除换热器右侧的涡流结构，减弱原烘箱内涡流的强度，解决大面积涡流造成纤维粉尘堵塞和堆积的问题，进一步减少有易燃、爆炸的危险。 同时，破涡结构的存在，提高了换热器-风机段风道内的流动稳定性，缓解了改进前存在的涡流对风道的堵塞作用，提供均匀稳定的气流。烤箱的两个风扇的流量。 流入的气流优化了烘箱内部的流场结构。 另外，本发明实现了烘箱内流场(速度场和温度场)的稳定流动和定型机的高效运行。 实际应用结果表明，定型机内原来存在涡流结构的位置的油污和纤维粉尘明显减少，整体热源利用率大大提高。
最后，作为本发明有益效果的量化标准，优化前后换热风机段的工艺参数对比表示如图12所示。原始模型，这说明在原始模型中，模型中的烤箱隔板附近存在较大的回流区域。 最大的面积甚至占据了风道面积的25%，极大地阻碍了气流。 而且，原模型中强烈的回流涡流也会导致纤维粉尘在涡流中不断旋转，从而堵塞流道，造成安全隐患。 优化后的流道中，反向速度面积变为8%，大大缓解了涡流对风道的堵塞作用，优化后的涡流强度更小，也很大程度上解决了纤维粉尘的旋流堵塞问题。 优化流场结构，提高风机安全运行。
图13所示为湍流动能强度。 湍流动能越强意味着湍流越大，而在风道中主要用于输送热空气的换热器-风机段，湍流动能越小也意味着流动条件越好。 可以看出，在靠近烘箱隔板的区域，优化流场的湍流动能急剧下降，说明靠近隔板的流动更加稳定。 虽然远离隔板的截面优化后湍流动能略有增加，但增加幅度并不大，并且优化后距隔板最远的位置（即靠近下底面）处的湍流动能有所下降。 从紊流度的角度来看，也可以解释优化后的良好效果。
图 14 捕获了由于涡流和流动不稳定性的存在而导致的热交换器-风扇部分中的流体能量耗散。 可以明显看出，优化前的风道中，隔板附近和底面附近存在较强的能量耗散，这意味着在耗散中损失了较强的能量。 在优化后的数据中，我们可以看到能量耗散曲线稳定，能量耗散远低于原始模型。 这进一步说明本发明改善了烤箱的内部流动，提高了安全运行系数和高效运行。 间隔。
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技术特点：
技术总结
本发明公开了一种拉幅机热定型机烘箱结构。 定型机烘箱内设置破涡结构，解决传统定型机烘箱在运行过程中的流体力学性能，改进原结构中存在的不合理涡流结构，优化局部流动。 显着降低涡流强度，解决了涡流结构排风不畅、纤维粉尘易堆积等造成的能耗过大和火灾隐患等问题，为节能环保、安全生产提供了基础。定型机。
技术研发人员：顾敏明； 李昆航; 戴文展; 潘海鹏
受保护技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2017.10.26
技术公告日期：2018.04.20
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