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列车烘干节能及干燥特性的模拟研究
| 论文题名： | 列车烘干节能及干燥特性的模拟研究 |
| 关键词： | 列车涂装;烘干工艺;干燥特性;节能降耗;数值模拟 |
| 摘要： | 涂装生产线是整个大型车辆生产流程中技术含量高、工艺流程最长、能源消耗最高的环节。因此，节能降耗、降低环境污染、提高涂漆质量、降低运行成本，是涂装生产线研究的重要方向。烘干室消耗的能源占涂装生产线的能耗比例较大，因此烘干室的节能降耗成为研究的重中之重。某机车厂列车的油漆烘干室采取粗放式的管理方式，能耗较高，需要改善能源结构以求达到节能降耗的目的。本文结合该机车厂的实际生产流程，采用CFD数值模拟的方法，用Fluent和MATLAB软件模拟车体的加热和传质过程，研究了烘干室的能耗及运行成本，分析了车体表面油漆的干燥特性，得出了符合生产工艺、评价指标的最优工况。主要研究内容以及成果如下： （1）建立烘干室内列车加热、油漆溶剂挥发的传热传质的物理和数学模型，并验证模型的准确性；根据实际情况，确定烘干室的边界条件，对烘干室内的流场和温度场进行模拟分析，确定了烘干室内部的空气温度、速度特性；设置监测点以及监测面，计算车身各处的传热和油漆传质的情况，给出了列车不同位置和整体的加热和传质曲线。烘干室内部加热流场中，车体左右两侧被进风口的热风直接冲击，该处空气温度最高，其次是烘干室车体侧面空间，而车体顶部以及车身内部空气温度较低；烘干室内空气流速同样也是车身侧面被气流直接冲击处流速较高，其余部分空气流速较低；传质模型决定车身表面涂层的传质速率取决于油漆温度、空气流速、以及空气温度几个影响因素。综上所述，通过监测点得到以上数据后用MATLAB软件内的传质模型计算车身各点传质速率。其中，车体加热和油漆干燥速度为：车体侧面>车体下方斜面>车体上方斜面>车体顶部。 （2）以空气温度、入口空气流速和相对湿度为影响因素，以车体的加热时间、传质时间、烘干室运行成本、针孔密度为评价指标，设计正交实验表安排模拟实验。然后对几个评价指标进行极差分析。得出结论：影响车体加热时间的因素：温度>入口流速>相对湿度；影响车体传质时间的因素：流速>入口温度>相对湿度；对于上述两种评价指标，最优解均为338K-3m/s-80%；烘干室的运行成本分析中，提升空气流速所造成的电耗增加带来成本增加，大于提升空气温度所造成的热耗的增加而带来的成本增加，最低的运行成本工况为368K-1m/s，最低成本比正交实验中最高成本每个烘干流程节约2.984元；油漆的针孔密度随着空气温度的提升会显著增加3—5倍，而湿度与空气流速对这一指标影响较小，因此降低入口空气温度能够降低油漆加热的温度梯度，从而有效减少针孔密度，提高油漆成膜质量。 |
| 作者： | 王俊雅 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 陈贵军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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