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气垫式干燥器主要运用于涂布纸等要求非接触干燥的产品,有着广泛的运用前景。气垫式浆板机干燥热风箱是对纸浆板进行加热干燥并形成气垫的关键设备。本文以山东凯信机械有限公司自主研制开发的新型气垫浆板干燥机为研究对象,对气垫式热风箱的流场、压力场和传热性能进行了研究,研究结果对气垫式干燥机的优化设计有着一定的指导作用。
根据相似原理,建立气垫式浆板干燥机热风箱实验台。在不同的入口风速、气体温度和喷口开孔率的工况下对热风箱的气垫层传热性能和流场进行了实验研究,测得静压分布,并计算各工况下的表面传热系数。分析入口风速、气体温度和开孔率对气垫传热性能和热风箱内静压的影响。
采用连续性方程、动量方程、能量方程及Realizable k-ε湍流模型建立了气垫式浆板干燥机热风箱系统的数学模型,运用FLUENT软件对模型进行求解,通过求解得到气垫层的温度场、热风箱内的速度和静压分布。热风箱内静压、气垫层的表面传热系数数值模拟结果与实验数据进行比较验证,两者的最大误差分别为11.5%、15.8%。表明在工程应用范围内,本模型具有一定的准确性和适用性。
利用所建模型,进一步研究入口风速、气体温度和热风箱结构参数对气垫层均匀性、传热性能和静压的影响,得到不同参数下的气垫层均匀性、静压和表面传热系数的变化规律。研究结果表明,干燥介质温度对气垫层传热性能影响较小。
表面传热系数与喷口倾角成反比关系,入口风速、出风板开孔率、高度比对表面传热系数有一定影响,均呈二次函数关系,分别在入口风速12m/s、开孔率Φ=6.7%、高度比h=0.25时表面传热系数值出现拐点,达最大值。
入口风速对气垫均匀性影响较小。气垫均匀性与出风板开孔率、高度比有关,呈现二次函数关系,分别在8.1%、h=0.4时气垫均匀性出现拐点,达最佳。
气垫层的甲均静压随入口风速、开孔率的增加而快速增加。高度比对甲均静压的影响呈二次函数关系,在h=0.25时达最佳。