高温拉幅定型机烘箱保温板隔热效果仿真分析

张国良，孙忠文，刘永平，司朝兵，张斯纬

高温拉幅定型机烘箱保温板隔热效果仿真分析

张国良，孙忠文，刘永平，司朝兵，张斯纬

（江苏鹰游纺机有限公司，江苏连云港 222002）

为分析高温拉幅定型机烘箱保温板表面热量分布和外表面最高温度，运用SolidWorks Simulation仿真软件对填充页岩板的保温板结构进行热力分析，并将分析结果与需求结果进行比较，结果证明设计结构在温度高于实际工况的条件下仍然符合实际需求。

定型机；SolidWorks Simulation；隔热；导热率

0 引言

高温拉幅定型机是纺织面料的一种整理设备，对织物有拉幅、定型和烘干功能，烘箱内温度通常在160℃到200℃之间，烘箱内的高温空气需要与外界空气通过保温板隔绝开来。定型机属于大型设备，新产品试制成本高，需要在设计阶段对保温板隔热效果做出有效判断，本文根据定型机具体结构尺寸，利用SolidWorks Simulation软件对隔热板效果进行仿真分析。

1 定型机烘箱结构及保温板结构

高温拉幅定型机通常具有十节烘箱和机头机、尾部分，为便于读者理解，仅展示四节烘箱示意图，如图1所示，四节烘箱总长12米。烘箱周边全部由矩形保温板隔离，图中字母B区域的保温板与烘箱内高温空气直接接触，其它保温板与烘箱内高温空气之间还有隔热层，本文对字母B区域的保温板隔热效果进行仿真分析。

图1 四节烘箱主视图与俯视图

保温板长方体结构，尺寸为1400mm × 1160mm × 150mm。主体结构为金属外壳，中间填充ROXUL岩棉板。为便于仿真分析，对保温做简化，去除与保温效果无关的附件，简化后如图2所示，图2中C所在区域，为实际接触高温空气的表面。截面如图3所示，从左到有依次是内金属壳、ROXUL岩棉板、外金属壳，其中内金属壳和外金属壳材料为普通钢板，板厚1mm,图中为便于观察，夸张放大板厚。外金属壳与内金属壳用抽芯铆钉铆接，仿真分析中忽略表面油漆；ROXUL岩棉板为国际知名公司ROXUL提供的保温棉，厚度为150mm，具有良好的隔热性能，导热率为0.34。

图2 保温板主视图与左视图

图3

2 热力算例建模与参数设定

2.1 设定材料属性

完成保温板装配体建模后，进入SolidWorks Simulation新建Thermal热力算例，在模型树Parts分类下，为“保温棉”设定自定义材料，导热率设定为0.034 W/(m·K)，比热设定为750 J/(Kg·K),密度设定为120kg/m^3,如图4所示。内金属壳和外金属壳材料属性设定为普通碳钢plain carbon steel，导热率设定为43 W/(m·K)，比热设定为440 J/(Kg·K),密度设定为7900kg/m^3，各参数如表1所示。

图4

表1

2.2 设定热载荷条件

为保证分析结果的有效性，设定热载荷条件按高要求设定，如图2所示的区域C接触温度为烘箱较低温度趋于，按烘箱有效工作温度468K设定，设定值大于实际值，这样保证分析结果温度不低于实际值。在模型树热载荷分类下，添加图2所示的区域C为热对流，如图5所示，对流换热系数为100W/（m^2.K）,总环境温度为468K;设定空气自由对流区域对流换热系数为20W/（m^2.K）,总环境温度为303K，如图6红色符号;设定空气静止区域对流换热系数为20W/（m^2.K）,总环境温度为303K，如图6绿色符号。

图5

图6

2.3 仿真分析外表面温度

为模型生成网格，运行算例，得到模型表面热力图解。烘箱内高温空气温度为468K,图7(a)接触接高温空气的热力图解，图7(b)为图7(a)从左上角到右下角探测结果，红色区域温度约为460K，接近设定的468K。图8(a)为接触外界空气表面的热力图解，图8(b)为图8(a)从左上角到右下角探测结果，最高温度为319K，等于46℃，因为实际温度小于设定的参数468K，所以烘箱表面温度小于分析结果46℃，符合预期状况。

图7- (a)

图7- (b)

图8- (a)

图8- (b)

3 结论

运用SolidWorks Simulation对直接接触烘箱内部高温空气的保温板进行隔热效果分析，结果有效反映了保温板外侧面热量分布情况，和外侧面最高温度情况。利用这种算法可以提前预测类似隔热设计的效果，缩短设计时间，降低大型设备试制成本。

Simulation analysis on thermal insulation effect of insulation board of high temperature stenter forming machine

ZHANG Guo-liang,SUN Zhong-wen,LIU Yong-ping,SI Chao-bing,ZHANG Si-wei
(Jiangsu ZGL,Jiangsu Lianyungang 222002,China)

In order to analyze the heat distribution on the surface of the insulation board and the maximum temperature of the outer surface of the oven, the thermal analysis of the structure of the insulation board filled with shale plate was carried out by using SolidWorks Simulation simulation software. The results were compared with the demand results. Structure in the temperature is higher than the actual conditions of the conditions still meet the actual needs.

shaping machine; SolidWorks Simulation; thermal insulation; thermal conductivity

TS103.1

B

投稿日期：2017-04-10

张国良（1956-），男，中共党员，教授级高级工程师、博士，享受国务院特殊津贴。连云港鹰游纺机集团、中复神鹰碳纤维有限责任公司董事长、党委书记，第十届、十一届全国人大代表，第十届、十一届江苏省党代表，第十二届江苏省人大常委、全国工商联执委。国家发改委产业司轻纺工业专家、中国化学纤维工业协会碳纤维分会会长。