基于Fluent的热压板温度场分析及优化

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Analysis and optimization of hot platen S temperature field based on FluentWANG Yeping，ZHANG Bin，LIU Ying，JIANG Huarong(Colege of Mechanical Engineering，Toni University，Shanghai 201804，CHN)Abstract：Taking a company S particular hot platen as an example，the key parameters selected theory of the hotplaten temperature field analysis is given，which is based on the heat transfer theory. Using the Fluentsoftware to analyze the diferent channels temperature field of the hot platen，and then the results of theanalysis are discussed.The channels layout of the hot platen on the results of the above analysis is opti。

mized，the results show that the new channels layout meets the engineering requirements beter。

Keywords：Hot Platen；Temperature Field Analysis；Fluent；Channel；Optimization热压板作为热压机的关键部件，将来 自加热系统的热介质的热量和来自液压系统的工作液体的压力传至工件，使之加热加压而成型。热压板是将整块厚钢板采用深孑L技术钻成纵向及横向深孔然后采用局部设堵的方法形成管路 。由于热压板是热压过程中对板加热的直接热源，所以热压板表面的温度分布直接影响所压板材的质量及产量。因此，有必要对热压板的温度厨行分析，保证热压板的热传递性能及T作面的热均匀性，并探讨其最佳的回路组合。

1 温度场分析关键参数根据需要对热压板传热模型进行简化：(1)周围空气温度恒定；(2)导热油进入热压板进油口时温度是均匀的；(3)导热油和热压板材料的物性在实验温度范围内是常数；(4)热板非工作表面与周围空气以对流方式进行热量交换，工作表面以热流形式对板输出热量；(5)不考虑传热过程的辐射换热 。

1.1 热压板工作面导热密度的确定导热系数 A与材料的平均温度 t之间的回归方程 为：82 ·A 0.097 4 0.000 233 t (1)由传热学知识，板坯的导热密度(或导热热流密度)q为：q (2)式中：△ 为板坯温度差，即At(t -t )；板坯平均温度t(t ：)/2；等效板坯厚度 6，&/2，毛板厚度 615Into；f.、t2分别为板桎上与热压板接触面的温度 190℃和板桎中间面温度 27℃。

1.2 热压板非工作面与空气对流系数的确定体积膨胀系数：Ot1/(273.1t， ) (3)根据生产车间的环境，热压板与空气问的对流可视为无限空间自然对流换热。以面积最大的非工作面为例，室温 t，为27 c，热压板非工作区温度 取为 190℃。定性温度为边界层平均温度 t (t t。)/2；查空气物性数据 ：运动粘度为 2.313X10。m /s；A3.21×10 W/(m·K)；Pr0.688；代入数据得到 2.620x10- K～。

格拉晓夫准则：GrgaAtl / ， (4)耋 -n - 。0十其中：重力加速度 g9.81 m/s ；温差 Att。t1；Z为定型尺寸，对矩形取两个边长的平均值，此处 f-2.7851TI。计算得到 GF1.608x10。

瑞利准则 RaGr·Pr (5)计算得到Ra1.106×10hCA(Ra) l1 (6)式(6)为 自然对流紊流换热关联式，分别有 C0.15、t/， 1/3，得到对流系数 h8.299 w/(m ·K)。

1.3 热压板进油口流速及油温的确定单块热压板回路数 n：6，这 6条回路由同-油泵供油，查阅该热压机设计资料得到压机油泵的流量为Q40 m /h，热压板内管路直径 d32 mm；估算导热油的人口速度 。

4Q/(3 600，r·r/，·d ) (7)代人数据得到 2.303 7 m./s；根据工艺要求进口油温取为 200 cIC，即 473 K。

2 温度场分析建模由图 1和图2可以看出该热压板管路由6个回路组成，各个管路沿热压板纵向(热压板长度方 向)布置，其中独立回路为 A1、A2、A3。而 A1R、A2R、A3R分别为 A1、A2、A3关于板面中心点的对称回路。虽然左右两部分回路样式相同但是由于进、出油口相反，导致各 自温度属性并非完全相同 。因此以下将对所有 6个回路进行温度场分析，再对整块板做温度场分析。通过对各单个回路及整块热压板的温度厨行分析，试图找出更加合理的管路布置方式以提高热压板温度均匀性。

A1 A2 A3 A3R A2R A1R热压板尺寸为366cmx 183cm6cm图1 热压板模型7Des.gn and Re湖 h设计与研究3 有限元分析结果通过对 Al回路的 Fluent仿真分析得到 A1部分工作面的温度分布及参考线的平均温度，单个回路的温度云图直观地显示了各 自工作板面的温度分布，考虑到各个管路沿热压板纵向(图2所示 方向)布置，为了寻找更合理的管路组合，提取各回路上所有节点沿纵向的节点温度分布图，对比分析各回路沿纵向的温度属性，同样的方法得到其余 5种回路的仿真分析数据。由于篇幅所限，只列出 A1回路的分析结果(图3～5)，其余各个回路的温度数据通过表 1呈现。

Ruerage oF Facet Ualue5Static Temperatureline。diagonal1alpartlinediagnal2 alpartline-i -alpartline-midline-alpartline-l·alpartoil-in0il-8ut啪rkIlal1463.0756聪4.12日.3 05.1171；848218目73471.6 柏463。37915图3 A1回路热压板温度云图 图4 A1回路参考位置的平均温度赠扑R 舷000 -19OO -1800 -1700 -16oo -15oo -1 400 -1300 -1200X/mm9l/ 图5 A1回路工作面节点 凸 方向温度分布i0. 1 Jl Ul lJl[fA2 A3 A3R A2R AIR图2 热压板温度分析参考线因不便看 整块热压板温度云图的分布规律，为准确分析单个回路在边界的温度分布及板面温度变化情况，选择代表性的线作为温度分析参考线。以 A1板为例，选离进油口最近的线为 Line-in-A1part，其对边为 Line-out-Alpart，两对角边为 Line-diagonall-A1 part、Line-diagonal2-A1 part，中线为 line-midline-a11ZU / 。J 朋 表 1 各单个回路的温度数据参考位置Line-in Line-out Workwall 0il-outAl 460.305 1 458.482 2 463.379 2 471.649 6A2 460.305 l 460.073 8 463.477 1 471.668 3回 A3 460.480 l 460.032 5 463.513 3 471.656 4路 A3R 460.679 5 460.027 2 463.519 7 471.665 7A2R 460.41O 4 459.927 2 463.523 1 471.665 6A1R 459.276 7 460.284 9 463.315 8 471.650 9由各回路沿 方向的节点温度分布图可知，具有相反进、出油口而类型相同的回路的节点温度离散性相似，如 A1与 A1R、A2与 A2R、A3与 A3R，其中 A1∞ ∞ 弱 弱 之设计与研究Designand Research与A1 R最分散，A2与 A2R次之，A3与 A3R最集中；仿真分析中考虑到板与空气的对流换热，各个回路存两端都体现温度下降趋势，各回路节点温度分布网也显示各参考线上节点温度能表征各个回路工作面的温度趋势。设计管路时从管路合理布置、安装制作T艺考虑，热压板的回路-般关于板中心点对称，即热压板-般都会出现相反进、出油 口而类型相同的回路。

基于以上设计分析及仿真数据对单个回路进行比较分析 ：(1)A1回路两边具有最大边温差 1.822 87 K，AlR同样具有较大的边温差 1.008 2 K。即具有相同类型回路的 A1和 A1R不论进 、出油 口如何布置均有大于 1K的边温差，两者的板面平均温度均低于其他回路。

(2)A2、A2R回路边温差为0.583 62 K、0.483 22K，为3种独立回路中最小值。A2、A2R的板面平均温度差为 0.046 0 K，其中A2R具有最高板面平均温度。

(3)A3回路两边有最小边温差 0.447 6 K，A3R边温差为 0.657 47 K。两者的板面平均温度 只差0.209 87 K，为相反进、 油口而类型相同的回路中的最小值。

类似于对回路的分析，得到整块热压板温度分布图6 热压板温度分布云图. - - - - 圈464 L 专 聿 半芝 462- 专- 厂 -----f嚣46o - u-- - - -458 4 - - - - - - --蛳 1 j aa3 1 454 r ： 翥黧4s2 L - 莲 -- 2OOO -1ooo o 1000 2000Xfm mf pe NsYsIuEH1，4 o f图7 热压板所选参考线上节点温云图(图6)及热压板所选参考线节点温度分l布(7)：(1)南温度云图知，热压板最低温度 455.832 K现在4个直角处，最大值465.467 K tt1现在 853lilm、Y787 mm处。虽然整块板南不同温度属性 路组合而成，但由于板间的热传导，整板温度连续。

(2)对选定的参考线分析1知，除去接近边界部，line-diagonall-all、line-diagonal2-all、line-midline- aIl的变化趋势相似，即 line-midline-al能够反映整个板温度沿纵向变化趋势，特别是 作区域的温度变化。

(3)由于热压板与 气 的对流换热 ，参考线 line-midline-all存靠近边界处温度为最小值，且参考线温度主要分布在464～465 K问。

4 新管路组合模型根据以上分析得到：A3与 A3R具有最绣 温差，温度分布集中；AI，A1R具有较大边温差，温度分布分散；整块热压板参考线 line-midline-al的变化趋势显示在 A2、A2R区域内热压板温度波动大 在分析单个回路及已有管路组合 A1-A2-A3-A3R-A2R-A1R的基础上提新的回路组合 A3-A3R-A3-A3R-A3-A3R。

为了便于比较分析，选取热 板的典型分析参考线 line-midline-al为分析对象而得到节点温度冈，为便于统计，分析得出了热压板整个J二作而温度分布直方图，结果如图8～11所示。

以下将对原有热压板与新组合热压板从参考线变化趋势、热压板温度分布区间两方面进行比较分析：(1)新的回路组合在热压板T作区的中心参考线节点温度最小值为461.947 6 K，最大值为 464.6954 K，相差2.747 8 K。原热压板在相同区域中心参考线上 节点温度最小 值为 461.812 5 K，最大值 为464.848 8 K，相差 3.036 3 K，新的回路组合的温度精度比原有回路提高 9.5%，新的凹路组合的温度精度有较明显提高。

(2)原回路组合有 67.77%的温度节点分布在464.2～464.8 K这个主要工作温度区问内，而新 路的热压板这个比例为70.88%，提高了3.1 l%，新热乐板温度分布更加均匀、合理。

5 结语(1)对6种不同的Ⅱ1路分别分析 r各自温度场，并结合热压板- 作的实际1 兄阐述 r关键参数设定的剁201 3 耋-2000 -1000 0 1O00x/ram465.0464·5蠢 4 6。4.：粹 463.0鑫 62。

461.5- 2Designand R黜afch设计与研究 L -- tm looo -1ooo o 100Ox/mm图8 原热压板在参考线line-midline-al节点温度图 图9 新热压板在参考线line-midline-all节点温度图Ⅳg懵 RH ，NO. 呻V2晦0.2啦012图lO原热压板整个工作面温度分布直方图依据及相关理论。并 比较所得参数，对各个回路进行数据分析，为不同管路的组合提供温度场数据。

(2)优化了热压板的回路布置，从多个角度数据对比可知新的回路组合提高了热压板的控制精度，具有更好的温度分布，能够为生产出更高质量的人造板提供技术支持。

(3)所采用的温度场有限元分析方法为以后类似的热分析提供参考。