Page 125 - 《橡塑技术与装备》2017年5期（3月橡胶）

测试与分析 朱俊良 等·鼓式硫化机表面温度特性的数值分析

液固界面 :
u 1 =0 (5)
T 固 =T 液 (6)
3
其中 ρ 为流体密度，kg /m ; P 为压力，Pa; μ 为
动力黏度，Pa . s; c p 为定压比热容，J/(kg . k) ； k 为导
热系数，W/(m . K)。
1.2 几何模型、边界条件及网格划分
几何模型如图 1 所示，通过导热油加热硫化鼓，
以获得设计的外表面温度，用于加热其他产品。由于
硫化机整体加热装置具有旋转周期性，本模拟采用一
个周期进行，对侧面指定为旋转周期性边界条件（两
侧面上对应计算节点的温度值相等）。导热油由管 1 的
入口进入，流经管 2、管 3，由管 3 的出口流出。其中 图 2 截面网格分布（流体区域采用 O 型网格处理）
入口指定为速度入口边界条件，出口指定为压力出口
间，采用以下方法进行 ：
边界条件。液固壁面指定为耦合边界，此边界上流体
(1) 首先计算导热油的稳态流动，此时仅求解计算
的速度为 0，液固两侧的温度值相等，其余面均指定
域的流动方程。
为绝热壁面边界条件。
(2) 在获得稳定的流动后，耦合流体侧与固体侧，
激活非稳态模型，关闭流动方程的求解，仅求解能量
方程，以获得硫化鼓的动态温度分布。
其中，导热油的初始温度为 180℃，硫化鼓的初
始温度为 25℃。

2 结果与讨论
2.1 壁面温度随时间的变化情况
外壁面的最高温度（T max ）、最低温度 (T min ) 及平
均温度 (T ave ) 如图 3 所示，T max 、T min 及 T ave 随着时间
的推进逐渐升高，增高速率逐渐降低，平均温度与最
小值的相差较小，随着时间增大，最大值与最小值之
差逐渐降低，壁面温度趋于均匀。

图 1 几何模型及边界条件
通过 ANSYS Icem 网格划分软件，采用结构化网
格离散计算域，流体区域采用较为细致的网格划分，
固体区域采用相对较粗的网格以节约计算时间。管 1~
管 3 内的网格采用 O-Block 技术进行划分，并在壁面
附近进行加密以考虑近壁面附近的边界层的影响。见
图 2 所示。
1.3 计算方法
本模拟涉及流固耦合、周期性边界以及非稳态等，
求解的计算方程较多。为提高计算效率，节约计算时
图 3 外壁面温度分布

2017 第 43 卷 ·57·
年