CN108589136A - 一种定型机烘箱风道结构以及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定型机烘箱风道结构及其设计方法，包括风道，风道两侧设置有喷嘴，两排喷嘴之间设置有回流圆孔，回流圆孔上设置有半圆柱挡板，半圆柱挡板朝内倾斜60°，两排喷嘴采用左右错排，一排上的2个喷嘴之间的距离等于2个回流圆孔之间的距离的1/4；半圆柱挡板垂直高度为15mm。本发明的定型机烘箱风道给了废气一个排放的通道，优化后的结构将能有效地改善此处的流体流动情况。
Description
技术领域
本发明涉及印染热定型机领域，特别是涉及一种定型机烘箱结构。
背景技术
定型机的风道-喷嘴是烘箱系统中最关键的部件，不同的风道-喷嘴设计，会形成不同的流量、温度、速度参数，进而直接影响了织物热定型效果，同时还跟织物定型的能耗有着直接的关联。一般而言，目前市面上常见的风道大体上可以分为三种，即：平板型、山形型、槽型。不同类型的风道出风的类型不同，因此适用的布匹种类也有所区别。一般来讲，平板型风道，适合于化纤、混纺织物的加工，加工后布料形态稳定性较好。山形风道，适合于针织物加工，达到织物手感柔软且面料厚重的感觉。槽型风道，适合于起毛织物、绒毛织物、天鹅绒以及涂层烘干。但是以上这些风道喷嘴之间没有回流通道，会在两个喷嘴的中间造成湍流，以至于热交换后的废气、蒸汽没有一个合理有效的排放渠道，会在织物表面打转，从而对织物热定型造成不好的影响。
发明内容
本发明提供一种定型机烘箱风道结构以及设计方法，能有效地改善此处的流体流动情况。
本发明提供的技术方案是：
一种定型机烘箱风道结构，包括风道，风道两侧设置有喷嘴，两排喷嘴之间设置有回流圆孔，回流圆孔上设置有半圆柱挡板，半圆柱挡板朝内倾斜60°，两排喷嘴采用左右错排，一排上的2个喷嘴之间的距离等于2个回流圆孔之间的距离的1/4；半圆柱挡板垂直高度为15mm。
一种定型机烘箱风道结构的设计方法，在风道两侧设置喷嘴，两排喷嘴之间设置回流圆孔，两排喷嘴采用左右错排，一排上的2个喷嘴之间的距离等于2 个回流圆孔之间的距离的1/4；
为初步确立回流通道的效果，选取回流圆孔上设置半圆柱挡板导向朝内倾斜、无挡板以及挡板朝外倾斜的三种结构情况作为对比，截取了模型回流通道的中间截面的流动状况展开分析，并就三种回流结构的速度流线进行了对比，回流无朝向的结构，可以看到风道右半区域存在严重的大尺寸漩涡，回流方向朝内和朝外两种情况均对回流无朝向的结构的所造成的漩涡有一定的抑制作用，朝内以及朝外两种工况下靠近大端位置的流动状况都得到了改善，此外，回流方向朝外的情况下，烘箱喷嘴内部流动情况相对差一些，通过对比回流结构的漩涡分布，发现回流方向朝内的情况下，其漩涡尺寸较小、分布均匀；
1)速度流线分布情况对比
在挡板朝内倾斜的情况下，设计40°、50°、60°、70°四种回流导向角度进行了内流场数值分析，截取回流通道中间截面上的速度流线分布，发现在四组导向角度的不同工况下大端方向均出现了大尺寸漩涡，回流导向角度为 60°时漩涡位置偏左，说明靠近大端位置的回流结构对该涡流的分布产生积极的影响；
截取风道喷嘴位置中间截面上的速度流线分布，除了回流导向角度50°工况下上有明显的回流，其他角度流动情况都比较流畅；
对风道喷嘴区域进一步做细致分析，在回流导向角度为40°和50°的工况下，回流区域上方均出现了明显的涡流结构对回流造成了一定的阻塞，回流导向角度为60°和70°的时候，回流区域流线较为均匀，不存在大尺寸的涡流结构；
为更具象地说明不同导向角度工况下模型回流区域的流动情况，选取三维的速度矢量进行了对比分析，
在回流导向方向为40°时，其左侧的回流区域位置流动较为均匀，但右侧区域其速度矢量分布在靠近喷嘴壁面的位置，说明在该导向角度下，回流区域存在的涡流结构堵严重影响了回流效果，回流导向方向为70°时，情况与之相似，而在回流导向方向为50°时，回流区域位置的速度较弱，表明回流受到了较大的压制，回流效果不佳，在回流导向方向为60°时，两侧的回流区域速度矢量分布较为均匀，且强度较大，说明在该工况下，流动情况最佳；
2)各项指标数据对比情况
选取中间风道回流区域距离喷嘴面10cm位置，沿风道水平方向等间隔地分析静压、总压、速度、湍动能的情况；
无导向结构的回流装置各段静压表现的最不平稳，各个位置之间波动情况较大，静压情况从一个侧面反应了无导向的情况下流动状态不佳的状况；
原始情况下在500mm左右的位置出现了比较异常的总压波动，而改进后的各个结构总压平稳性较好，同时呈现出一定的周期性；
在回流导向角度为40°的情况下，速度分布不具备周期性，流动情况较差；回流导向角度为70°的整体速度远低于其他工况；回流导向角度为60°的工况下，速度分布于原模型的速度较为一致，体现了较好的周期性，与回流区域圆孔的位置符合较好，同时，分析回流导向角度40°工况下的速度，发现其较高的湍动能是影响速度分布不具备周期性的原因，因此，从周期性和速度强度而言，回流导向角度为60°和70°速度分布较好；
无导向的回流装置在中间位置湍动能出现急剧上升，异常波动明显，回流导向角度为40°和50°的情况下湍动能分布周期性紊乱，并在左侧区域有非常高的湍动能，表明其在左侧区域流动情况极差，回流导向角度为60°和70°的时候，两者湍动能的分布较为相似，回流导向角度为60°时效果更好；
半圆柱挡板垂直高度设置为15mm。
本发明的定型机烘箱风道给了废气一个排放的通道，优化后的结构将能有效地改善此处的流体流动情况。
附图说明
图1是本发明的烘箱风道结构示意图。
图2是本发明的三维结构示意图。
图3A是图2的俯视图。
图3B是图2的侧视图。
图3C是图2的正视图。
图4a是本发明回流结构圆孔导向示意图。
图4b和图4c是选取的与图4a结构进行对比的结构示意图。
图5是三种回流结构(垂直面)速度流线图。
图6是图4a所示回流结构的不同朝向角度位置(垂直面回流孔空心)速度流线图。
图7是图4a所示回流结构不同朝向角度位置(垂直面喷嘴位置)速度流线图
图8是图4a所示回流结构不同朝向角度位置的喷嘴界面速度流线图
图9是图4a所示回流结构不同朝向角度速度矢量图。
图10表示各种工况下的静压对比情况图。
图11表示各种工况下的总压对比情况图。
图12表示各种工况下的速度分布情况图。
图13表示各种状况的湍动能分布情况图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
一种定型机烘箱风道结构，包括风道1，风道1两侧设置有喷嘴2，两排喷嘴2之间设置有回流圆孔3，回流圆孔3上设置有半圆柱挡板4，半圆柱挡板4 朝内倾斜60°，两排喷嘴2采用左右错排，一排上的2个喷嘴之间的距离等于 2个回流圆孔之间的距离的1/4，即一排上面相邻两个喷嘴之间的距离等于相邻两个回流圆孔之间距离的1/4；半圆柱挡板4垂直高度为15mm。
如图1所示，图中小方孔代表风道的喷嘴2，两组方孔之间的回流圆孔3，是本发明设计的回流通道。该风道结构的三维如图2所示，
其中，单个风道结构图如图3所示，图3A是风道的俯视图，由图可以看出，该风道采用的喷嘴孔形状为矩形，图3B表示侧视图，风道总体呈梯形分布。图 3C是正视图，风道形式是山型。
这里面分道的喷嘴两则之间不是对齐的，而是相互交错。目的是让其出风更为均匀。
结构如图4a所示，回流圆孔3上设置有半圆柱挡板4，半圆柱挡板4朝内倾斜60°，其平面角度为180度(半圆)。
为精确捕捉有无导向结构以及回流结构挡板不同朝向下的风道部分的流动状况，本发明选取了三组风道，两组回流结构为对比研究模型，如图4b、4c所示，选取无挡板以及挡板朝外倾斜的两种结构情况作为对比。
截取了模型回流通道的中间截面的流动状况展开分析，并就三种回流结构的速度流线进行了对比，结果如图5所示。
其中，图5A代表回流无朝向的结构，可以看到风道右半区域存在严重的大尺寸漩涡，这个漩涡正是导致定型机喷嘴上方流体流动紊乱的源头。图5B和图5C对应的回流方向朝内和朝外两种情况均对回流无朝向的结构的所造成的漩涡有一定的抑制作用，朝内以及朝外两种工况下靠近大端位置的流动状况都得到了改善。此外，回流方向朝外的情况下，烘箱喷嘴内部流动情况相对差一些，通过对比回流结构的漩涡分布，发现回流方向朝内的情况下，其漩涡尺寸较小、分布均匀。
1)速度流线分布情况对比
在挡板朝内倾斜的情况下，设计了40°、50°、60°、70°四种回流导向角度进行了内流场数值分析。截取回流通道中间截面上的速度流线分布，结果如图6所示。发现在四组导向角度的不同工况下大端方向均出现了大尺寸漩涡，这是由于在本模型中，将大端壁面设置为固体面的缘故。图中，回流导向角度为60°时漩涡位置偏左，说明靠近大端位置的回流结构对该涡流的分布产生积极的影响。
截取风道喷嘴位置中间截面上的速度流线分布，如7所示。可以看出四种角度朝向情况下，除了回流导向角度50°工况下上有明显的回流，其他角度流动情况都比较流畅。
对风道喷嘴区域进一步做细致分析，结果如图8所示。在回流导向角度为 40°和50°的工况下，回流区域上方均出现了明显的涡流结构对回流造成了一定的阻塞。回流导向角度为60°和70°的时候，回流区域流线较为均匀，不存在大尺寸的涡流结构。
为更具象地说明不同导向角度工况下模型回流区域的流动情况，选取三维的速度矢量进行了对比分析，结果如图9所示。
由图9看见，在回流导向方向为40°时，其左侧的回流区域位置流动较为均匀，但右侧区域其速度矢量分布在靠近喷嘴壁面的位置，结合图9中的流线分布，说明在该导向角度下，回流区域存在的涡流结构堵严重影响了回流效果。回流导向方向为70°时，情况与之相似。而在回流导向方向为50°时，回流区域位置的速度较弱，表明回流受到了较大的压制，回流效果不佳。在回流导向方向为60°时，两侧的回流区域速度矢量分布较为均匀，且强度较大，说明在该工况下，流动情况最佳。
2)各项指标数据对比情况
云图虽然可以形象的说明风道回流位置的流体流动情况，但仅限于定性的分析，因此对不同导向角度工况下模型回流区域，选取中间风道回流区域距离喷嘴面10cm位置，沿风道水平方向等间隔地分析静压、总压、速度、湍动能的情况。
图10表示各种工况下的静压对比情况，图中纵坐标表示压力值，横坐标表示相对位置。发现，无导向结构的回流装置各段静压表现的最不平稳，各个位置之间波动情况较大，静压情况从一个侧面反应了无导向的情况下流动状态不佳的状况。
图11表示了总压的情况，从图中可以更明显的看出，原始情况下在500左右的位置(即在换热器右侧边沿距离500mm)出现了比较异常的总压波动，而改进后的各个结构总压平稳性较好，同时呈现出一定的周期性。
图12表示各种工况下的速度分布情况，从图中可以看出在回流导向角度为 40°的情况下，速度分布不具备周期性，流动情况较差；回流导向角度为70°的整体速度远低于其他工况；回流导向角度为60°的工况下，速度分布于原模型的速度较为一致，体现了较好的周期性，与回流区域圆孔的位置符合较好。同时，分析回流导向角度40°工况下的速度，发现其较高的湍动能是影响速度分布不具备周期性的原因。因此，从周期性和速度强度而言，回流导向角度为 60°和70°速度分布较好。
图13表示各种状况的湍动能分布情况，越强的湍动能意味着越大的湍流度。无导向的回流装置(图中未优化前)在中间位置湍动能出现急剧上升，异常波动明显。图中回流导向角度为40°和50°的情况下湍动能分布周期性紊乱，并在左侧区域有非常高的湍动能，表明其在左侧区域流动情况极差。回流导向角度为60°和70°的时候，两者湍动能的分布较为相似，回流导向角度为60°时效果更好。
Claims (2)
1.一种定型机烘箱风道结构，其特征在于，包括风道(1)，风道(1)两侧设置有喷嘴(2)，两排喷嘴(2)之间设置有回流圆孔(3)，回流圆孔(3)上设置有半圆柱挡板(4)，半圆柱挡板(4)朝内倾斜60°，两排喷嘴(2)采用左右错排，一排上的2个喷嘴之间的距离等于2个回流圆孔之间的距离的1/4；半圆柱挡板(4)垂直高度为15mm。
2.一种定型机烘箱风道结构的设计方法，其特征在于，在风道(1)两侧设置喷嘴(2)，两排喷嘴(2)之间设置回流圆孔(3)，两排喷嘴(2)采用左右错排，一排上的2个喷嘴之间的距离等于2个回流圆孔之间的距离的1/4；
为初步确立回流通道的效果，选取回流圆孔上设置半圆柱挡板导向朝内倾斜、无挡板以及挡板朝外倾斜的三种结构情况作为对比，截取了模型回流通道的中间截面的流动状况展开分析，并就三种回流结构的速度流线进行了对比，回流无朝向的结构，可以看到风道右半区域存在严重的大尺寸漩涡，回流方向朝内和朝外两种情况均对回流无朝向的结构的所造成的漩涡有一定的抑制作用，朝内以及朝外两种工况下靠近大端位置的流动状况都得到了改善，此外，回流方向朝外的情况下，烘箱喷嘴内部流动情况相对差一些，通过对比回流结构的漩涡分布，发现回流方向朝内的情况下，其漩涡尺寸较小、分布均匀；
1)速度流线分布情况对比
在挡板朝内倾斜的情况下，设计40°、50°、60°、70°四种回流导向角度进行了内流场数值分析，截取回流通道中间截面上的速度流线分布，发现在四组导向角度的不同工况下大端方向均出现了大尺寸漩涡，回流导向角度为60°时漩涡位置偏左，说明靠近大端位置的回流结构对该涡流的分布产生积极的影响；
截取风道喷嘴位置中间截面上的速度流线分布，除了回流导向角度50°工况下上有明显的回流，其他角度流动情况都比较流畅；
对风道喷嘴区域进一步做细致分析，在回流导向角度为40°和50°的工况下，回流区域上方均出现了明显的涡流结构对回流造成了一定的阻塞，回流导向角度为60°和70°的时候，回流区域流线较为均匀，不存在大尺寸的涡流结构；
为更具象地说明不同导向角度工况下模型回流区域的流动情况，选取三维的速度矢量进行了对比分析，
在回流导向方向为40°时，其左侧的回流区域位置流动较为均匀，但右侧区域其速度矢量分布在靠近喷嘴壁面的位置，说明在该导向角度下，回流区域存在的涡流结构堵严重影响了回流效果，回流导向方向为70°时，情况与之相似，而在回流导向方向为50°时，回流区域位置的速度较弱，表明回流受到了较大的压制，回流效果不佳，在回流导向方向为60°时，两侧的回流区域速度矢量分布较为均匀，且强度较大，说明在该工况下，流动情况最佳；
2)各项指标数据对比情况
选取中间风道回流区域距离喷嘴面10cm位置，沿风道水平方向等间隔地分析静压、总压、速度、湍动能的情况；
无导向结构的回流装置各段静压表现的最不平稳，各个位置之间波动情况较大，静压情况从一个侧面反应了无导向的情况下流动状态不佳的状况；
原始情况下在500mm左右的位置出现了比较异常的总压波动，而改进后的各个结构总压平稳性较好，同时呈现出一定的周期性；
在回流导向角度为40°的情况下，速度分布不具备周期性，流动情况较差；回流导向角度为70°的整体速度远低于其他工况；回流导向角度为60°的工况下，速度分布于原模型的速度较为一致，体现了较好的周期性，与回流区域圆孔的位置符合较好，同时，分析回流导向角度40°工况下的速度，发现其较高的湍动能是影响速度分布不具备周期性的原因，因此，从周期性和速度强度而言，回流导向角度为60°和70°速度分布较好；
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半圆柱挡板(4)垂直高度设置为15mm。
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