CN108032599A - 一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：进行凹印机烘箱结构设计；步骤2：对所设计烘箱进行流体域建模，对流体域离散化处理；步骤3：对流场运算结果进行显示与分析；步骤4：根据步骤3的流场分析结果进行结构调整；步骤5：对结构调整设计后的烘箱重复步骤2和步骤3的操作；步骤6：对原始风嘴结构进行优化；步骤7：确定凹印机烘箱的最终设计方案。本发明简单清晰，应用方便；可实施性强；克服了凹印机套印不准的问题；提高了凹印机的印刷速度。

Description

一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法
技术领域
本发明属于印刷工程技术领域，涉及一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法。
背景技术
目前，大多凹印机的烘箱居于各印刷机组间，通过一排排的风嘴吹出的热风对卷筒料基材或承印物上的印刷油墨进行干燥。其中，烘箱中各个风嘴出风速度的差异不应过大，速度相等是最为理想的状态，因为风嘴的风速差异会带来卷筒料承印物的抖动，对套印质量带来极为严重影响，进而影响印刷速度的提升。现有的凹印机烘箱采用经验设计法或一般的仿真设计的方法，由于多方面的因素均无法达到风嘴风速基本一致的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，使烘箱各风嘴风速保持一致以提高印刷速度。
本发明所采用的技术方案是，一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：根据凹印机运行速度、机组空间、印刷工艺、干燥要求进行凹印机烘箱结构设计；
步骤2：对所设计烘箱利用三维设计软件进行流体域建模，然后利用网格化处理软件对流体域离散化处理，即将模型划分为一个个微小单元体；
步骤3：用流体仿真软件对步骤2离散化处理后的流体域设定边界条件，并进行迭代求解，然后将求解结果导入可视化后处理软件进行后处理，对流场运算结果进行显示与分析；
步骤4：根据步骤3的流场分析结果采用添加导流板和调整烘箱内部形状的方法进行结构调整，均匀流场，抑制涡流；
步骤5：对结构调整设计后的烘箱重复步骤2和步骤3的操作；
步骤6：根据步骤5的流场分析结果，通过调整风嘴开口尺寸对原始风嘴结构进行优化，重复步骤2和步骤3的操作，直至通过流场分析得到的各风嘴风速及其一致性达到设计目标为止；
步骤7：确定凹印机烘箱的最终设计方案。
本发明的特点还在于，
步骤1凹印机烘箱结构设计包括固定箱、活动箱、入风口、出风口、风嘴及导辊的结构与排列，以及确定各部件尺寸和风嘴开口尺寸。
步骤2中网格化处理软件采用GAMBIT。
步骤2中对流体域离散化处理采用分区域划分网格的方法，将将流体域尽可能多地划分成规则的单元，规则的单元采用六面体形式，不规则单元采用四面体形式，以楔形体和锥形体形式作为衔接部分，对风嘴出口区域进行局部加密处理。
步骤3中设定的边界条件包括速度入口的速度和温度、压力出口的静压和温度、壁面条件和计算模型。
步骤3中流体仿真软件采用Fluent。
步骤3中可视化后处理软件采用Tecplot。
步骤6中调整风嘴开口尺寸的方法为风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸。
步骤7具体为，
步骤7.1：将步骤6得到各风嘴开口尺寸作为实验烘箱风嘴的基准尺寸，并将风嘴设计成开口可调结构，可调范围±1mm；
步骤7.2：加工实验烘箱，并将加工好的实验烘箱通风实测，根据实测结果微调各风嘴开口尺寸直至风速达到设计目标，并且各风嘴风速一致；
步骤7.3：将步骤7.2微调后的风嘴开口尺寸作为最终定型的风嘴开口尺寸，且无需可调风嘴结构，并结合步骤4得到的结构调整后设计方案就是凹印机烘箱最终的设计设计方案。
步骤7.2中微调各风嘴开口尺寸的方法为风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸。
本发明的有益效果是，本发明一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法简单清晰，应用方便；通过利用网格化处理软件、流体仿真软件和可视化后处理软件等对烘箱结构和烘箱风嘴尺寸进行设计，并且根据最后的实测结果确定设计方案，可实施性强；本发明所设计的烘箱各风嘴风速一致克服了凹印机套印不准的问题；提高了凹印机的印刷速度。
附图说明
图1是实施例1步骤1中所设计烘箱的结构示意图；
图2是实施例1步骤4中结构调整后烘箱结构示意图；
图3是实施例2步骤1中所设计烘箱的结构示意图；
图4是实施例2步骤4中结构调整后烘箱结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：根据凹印机运行速度、机组空间、印刷工艺、干燥要求进行凹印机烘箱结构设计，凹印机烘箱结构设计包括固定箱、活动箱、入风口、出风口、风嘴及导辊的结构与排列，以及确定各部件尺寸和风嘴开口尺寸；
步骤2：对所设计烘箱利用三维设计软件进行流体域建模，然后利用网格化处理软件GAMBIT对流体域离散化处理，即采用分区域划分网格的方法，将将流体域尽可能多地划分成规则的单元，规则的单元采用六面体形式，不规则单元采用四面体形式，以楔形体和锥形体形式作为衔接部分，对风嘴出口区域进行局部加密处理；
步骤3：用流体仿真软件Fluent对步骤2离散化处理后的流体域设定边界条件，并进行迭代求解，然后将求解结果导入可视化后处理软件Tecplot 进行后处理，对流场运算结果进行显示与分析，其中，设定的边界条件包括速度入口的速度和温度、压力出口的静压和温度、壁面条件和计算模型；
步骤4：根据步骤3的流场分析结果采用添加导流板和调整烘箱内部形状的方法进行结构调整，均匀流场，抑制涡流；
步骤5：对结构调整设计后的烘箱重复步骤2和步骤3的操作；
步骤6：根据步骤5的流场分析结果，通过调整风嘴开口尺寸对原始风嘴结构进行优化，重复步骤2和步骤3的操作，直至通过流场分析得到的各风嘴风速及其一致性达到设计目标为止，其中，调整风嘴开口尺寸的方法为风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸；
步骤7：确定凹印机烘箱的最终设计方案
步骤7.1：将步骤6得到各风嘴开口尺寸作为实验烘箱风嘴的基准尺寸，并将风嘴设计成开口可调结构，可调范围±1mm；
步骤7.2：加工实验烘箱，并将加工好的实验烘箱通风实测，根据实测结果微调各风嘴开口尺寸直至风速达到设计目标，并且各风嘴风速一致，其中，微调各风嘴开口尺寸的方法为风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸；
步骤7.3：将步骤7.2微调后的风嘴开口尺寸作为最终定型的风嘴开口尺寸，且无需可调风嘴结构，并结合步骤4得到的结构调整后设计方案就是凹印机烘箱最终的设计设计方案。
通过上述方式，本发明一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法简单清晰，应用方便；通过利用网格化处理软件、流体仿真软件和可视化后处理软件等对烘箱结构和烘箱风嘴尺寸进行设计，并且根据最后的实测结果确定设计方案，可实施性强；本发明所设计的烘箱各风嘴风速一致克服了凹印机套印不准的问题；提高了凹印机的印刷速度。
实施例1
本实施例提供一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：根据凹印机运行速度、机组空间、印刷工艺、干燥要求进行凹印机烘箱结构设计，如图1所示，凹印机烘箱结构设计包括固定箱、活动箱、入风口、出风口、风嘴及导辊的结构与排列，以及确定烘箱整体尺寸为 2020mm*720mm*860mm，风嘴开口统一设置为3mm。
步骤2：对所设计烘箱利用三维设计软件进行流体域建模，然后利用网格化处理软件GAMBIT对流体域离散化处理，即采用分区域划分网格的方法，将将流体域尽可能多地划分成规则的单元，规则的单元采用六面体形式，不规则单元采用四面体形式，以楔形体和锥形体形式作为衔接部分，对风嘴出口区域进行局部加密处理。
步骤3：用流体仿真软件Fluent对步骤2离散化处理后的流体域设定边界条件，速度入口：速度为30m/s，温度为353k；压力出口：静压为101325pa，温度为293k；壁面条件：基材承印物为Moving Wall并设定为吸热单元，与热风进行对流换热，速度为1m/s，其余壁面设置为无滑移绝热壁面。根据热风流体性质，其雷诺数Re为54938，大于临界雷诺数Rec的2320，判定流动状态为湍流形式，选择湍流RNG(重整群方法)k-ε模型作为计算模型。并进行迭代求解，迭代运算的运动控制方程和动力控制方程阈值设置为 1×10-3，能量方程阈值设置为1×10-6，当迭代到达到200步时模型收敛；将运算结果数据导入Tecplot软件，对数据进行后处理显示烘箱热风迹线，迹线图线条的颜色代表速度的大小，色调越冷速度越低，色调越暖速度越高，线条的疏密代表风量的多少，根据迹线图判断各风嘴风速的一致性。
步骤4：如图2所示，根据步骤3的流场分析结果，为了使得进入上腔的热风均匀性提高，在入风口增设两个斜置的导流板，使得热风能够均匀地分布到上腔，从而均匀地进入每个风嘴入口。
步骤5：对结构调整设计后的烘箱重复步骤2和步骤3的操作，对结构调整设计后的烘箱重新进行三维流体域建模及离散化处理，用流体仿真软件对模型进行流场分析，其中，计算模型的网格划分、模型选择、边界条件设置等都与结构调整前的处理保持一致，从Fluent软件运算得到的数据可知，结构调整前后风嘴出口速度变化为，风嘴出口速度区间由17.42m/s— 30.68m/s改善到20.56m/s—24.05m/s，将最大差值从13.26m/s减小到3.49m/s。
步骤6：根据步骤5的流场分析结果，面对3.49m/s的风嘴风速差值，根据步骤5所得数据对1—6号风嘴的开口尺寸进行调整。调整的方法是：风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸。然后对调整了开口尺寸的烘箱结构重复步骤2和步骤3的操作，从Fluent软件运算得到的数据可知，结构调整前后风嘴出口速度区间由步骤5得到的20.56m/s—24.05m/s 之间改善到22.38m/s—22.63m/s之间，最大差值从3.49m/s缩小到0.25m/s，达到了出口风速基本一致的目标。
步骤7：确定凹印机烘箱的最终设计方案
步骤7.1：将步骤6得到各风嘴开口尺寸作为实验烘箱风嘴的基准尺寸，并将风嘴设计成开口可调结构，可调范围±1mm；
步骤7.2：加工实验烘箱，并将加工好的实验烘箱通风实测，每个风嘴沿长度方向均衡布置风速传感器，每个风嘴最少布置4个，并将数据线引出烘箱，根据各个风嘴的风速平均值对相应风嘴的开口尺寸进行微调，风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸，微调各风嘴开口尺寸直至风速达到设计目标，并且各风嘴风速一致；
步骤7.3：将步骤7.2微调后的风嘴开口尺寸作为最终定型的风嘴开口尺寸，且无需可调风嘴结构，并结合步骤4得到的结构调整后设计方案就是凹印机烘箱最终的设计设计方案。
实施例2
本实施例提供一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：根据凹印机运行速度、机组空间、印刷工艺、干燥要求进行凹印机烘箱结构设计，如图3所示，凹印机烘箱结构设计包括固定箱、活动箱、入风口、出风口、风嘴及导辊的结构与排列，以及确定烘箱整体尺寸为2100mm*800mm*650mm，风嘴开口统一设置为4mm。
步骤2：对所设计烘箱利用三维设计软件进行流体域建模，然后利用网格化处理软件GAMBIT对流体域离散化处理，即采用分区域划分网格的方法，将将流体域尽可能多地划分成规则的单元，规则的单元采用六面体形式，不规则单元采用四面体形式，以楔形体和锥形体形式作为衔接部分，对风嘴出口区域进行局部加密处理，并进行边界条件的设定。
步骤3：用流体仿真软件Fluent对步骤2离散化处理后的流体域设定边界条件，并进行迭代求解，将运算结果数据导入Tecplot软件，对数据进行后处理显示烘箱热风迹线，迹线图线条的颜色代表速度的大小，色调越冷速度越低，色调越暖速度越高，线条的疏密代表风量的多少，根据迹线图判断各风嘴风速的一致性。
步骤4：根据步骤3的流场分析结果，为了使得进入腔体的热风均匀性提高，如图4所示，在腔体内设置一组5块弧状导流板，对烘箱结构进行调整，使得热风均匀分布到腔体，从而均匀地进入各个风嘴入口。
步骤5：对结构调整设计后的烘箱重复步骤2和步骤3的操作，对结构调整设计后的烘箱重新进行三维流体域建模及离散化处理，用流体仿真软件对模型进行流场分析，其中，计算模型的网格划分、模型选择、边界条件设置等都与结构调整前的处理保持一致，从Fluent软件运算得到各个风嘴的风速数据。
步骤6：根据步骤5得到的风嘴的风速数据对各个风嘴的开口尺寸进行调整。调整的方法是：风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸。然后对调整了开口尺寸的烘箱结构重复步骤2和步骤3的操作，直到风嘴出口风速达到基本一致的目标。
步骤7：确定凹印机烘箱的最终设计方案
步骤7.1：将步骤6得到各风嘴开口尺寸作为实验烘箱风嘴的基准尺寸，并将风嘴设计成开口可调结构，可调范围±1mm；
步骤7.2：加工实验烘箱，并将加工好的实验烘箱通风实测，每个风嘴沿长度方向均衡布置风速传感器，每个风嘴最少布置4个，并将数据线引出烘箱，根据各个风嘴的风速平均值对相应风嘴的开口尺寸进行微调，风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸，微调各风嘴开口尺寸直至风速达到设计目标，并且各风嘴风速一致；
步骤7.3：将步骤7.2微调后的风嘴开口尺寸作为最终定型的风嘴开口尺寸，且无需可调风嘴结构，并结合步骤4得到的结构调整后设计方案就是凹印机烘箱最终的设计设计方案。

Claims (10)

1.一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：根据凹印机运行速度、机组空间、印刷工艺、干燥要求进行凹印机烘箱结构设计；
步骤2：对所设计烘箱利用三维设计软件进行流体域建模，然后利用网格化处理软件对流体域离散化处理，即将模型划分为一个个微小单元体，并进行边界条件的设定；
步骤3：用流体仿真软件对所述步骤2离散化处理后的流体域设定边界条件，并用流体仿真软件进行迭代求解，然后将求解结果导入可视化后处理软件进行后处理，对流场运算结果进行显示与分析；
步骤4：根据步骤3的流场分析结果采用添加导流板和调整烘箱内部形状进行结构调整，均匀流场，抑制涡流；
步骤5：对结构调整设计后的烘箱重复步骤2和步骤3的操作；
步骤6：根据步骤5的流场分析结果，通过调整风嘴开口尺寸对原始风嘴结构进行优化，重复步骤2和步骤3的操作，直至通过流场分析得到的各风嘴风速及其一致性达到设计目标为止；
步骤7：确定凹印机烘箱的最终设计方案。
2.根据权利要求1所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤1凹印机烘箱结构设计包括固定箱、活动箱、入风口、出风口、风嘴及导辊的结构与排列，以及确定各部件尺寸和风嘴开口尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤2中网格化处理软件采用GAMBIT。
4.根据权利要求1或3所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤2中对流体域离散化处理采用分区域划分网格的方法，将将流体域尽可能多地划分成规则的单元，规则的单元采用六面体形式，不规则单元采用四面体形式，以楔形体和锥形体形式作为衔接部分，对风嘴出口区域进行局部加密处理。
5.根据权利要求1所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤3中设定的边界条件包括速度入口的速度和温度、压力出口的静压和温度、壁面条件和计算模型。
6.根据权利要求1所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤3中流体仿真软件采用Fluent。
7.根据权利要求1所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤3中可视化后处理软件采用Tecplot。
8.根据权利要求1所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤6中调整风嘴开口尺寸的方法为风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸。
9.根据权利要求1所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤7具体为，
步骤7.1：将步骤6得到各风嘴开口尺寸作为实验烘箱风嘴的基准尺寸，并将风嘴设计成开口可调结构，可调范围±1mm；
步骤7.2：加工实验烘箱，并将加工好的实验烘箱通风实测，根据实测结果微调各风嘴开口尺寸直至风速达到设计目标，并且各风嘴风速一致；
步骤7.3：将步骤7.2微调后的风嘴开口尺寸作为最终定型的风嘴开口尺寸，且无需可调风嘴结构，并结合步骤4得到的结构调整后设计方案就是凹印机烘箱最终的设计设计方案。
10.根据权利要求9所述的一种风嘴风速一致的凹印机烘箱设计方法，其特征在于，所述步骤7.2中微调各风嘴开口尺寸的方法为风速高的风嘴增加开口尺寸，风速低的风嘴减小开口尺寸。
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