粉末静电喷涂固化炉结构设计与数值模拟

刘庆刚 , 张朝 , 于新奇

河北科技大学机械工程学院

摘要：

针对现有以烟气为热源的粉末静电喷涂固化炉进行结构改进和优化设计，主要包括在空气分布器中设置横向、纵向隔板，并在分布孔位置设置呈固定角度折弯的导流板。

运用Fluent软件对设计的固化炉的性能进行了数值模拟，研究了空气分布器导流板夹角对固化炉内部空气分布情况、升温速率、温度分布情况以及加热均匀性的影响。

结果表明：改进设计的粉末静电喷涂固化炉能够明显缩短升温时间，空气分布器导流板夹角为60°时，粉末静电喷涂固化炉的能耗较低、性能较优。

固化炉是粉末静电喷涂工艺中的重要设备，其作用是将静电喷涂在工件表面的粉末涂料加热到规定温度并保持相应的时间，使之熔化、流平、固化，达到期望的工艺效果。 粉末静电喷涂固化炉的结构对其升温速率、温度分布与加热均匀性等均有很大影响。研究人员针对大容积箱式固化炉的工艺性能和节能要求。从生产实际出发，对固化炉结构进行了改进；为最大程度减小尺寸变化对固化炉性能的影响，采用稳健设计方法对复杂固化炉进行了理论分析。然而，目前的研究主要针对典型的热风循环固化设备。其特征是空气在固化炉外部加热后进入固化炉：而对于固化炉内部带有加热装置的热风循环固化设备则缺少相应的研究。

针对具有复杂流场、热场的研究对象，通常采用数值模拟的方法进行分析。为提高固化炉的性能。

本文对以烟气为热源的防盗门粉末静电喷涂固化炉的结构进行了设计，并采用数值模拟的方法对固化炉的热性能进行了研究，为固化炉的结构设计与性能优化提供了参考。‍

1 粉末静电喷涂固化炉结构设计

针对现有以烟气为热源的粉末静电喷涂固化炉进行结构改进和优化设计，主要包括在空气分布器中设置横向、纵向隔板，并在分布孔位置设置呈固定角度折弯的导流板。改进设计的固化炉结构如图1所示。

固化炉采用箱式结构，长3.3m，宽2.6m，高2m，其一侧装有展开式炉门，以方便放入和移出被固化对象。烟道呈“回”字形盘于固化炉底部，烟气进口和烟气出口的尺寸分别为300mm×100mm和200mm×100mm。

为了使空气在各开口处均匀分布．在“回”字形烟道包围区域设置空气分布器，空气分布器的大小为2000mm×800mm×200mm，如图2所示。烟气在“回”字形烟道内部环绕一周后排出烟道。

空气分布器内部分别设置有均匀排布的横向隔板和等间距排布的纵向隔板，使空气均匀分布，如图3所示。

空气分布器周边均匀布置有大小为100mmx60mm的分布孔，将分布孔处切割的钢板折弯到固定角度作为导流板，导流板夹角记为θ，起导流作用。

空气由各分布孔吹入固化炉，通过烟道表面实现换热，并由顶部的空气出口排出。空气进口和空气出口分别为400mm×....