便攜式烘干機的設計及仿真本科畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 機插上電源，并打開開關，撥到烘干檔。熱風機開始工作，把干燥的 4050攝氏度的熱空氣，源源不斷的由密封袋的進口吹入。 總體設計 本次畢業設計的理念的便攜式烘干機，主要的特點突出在便攜的特點上。因此，我們選用的材料和設計的結構都應該是可以收縮折疊型的型材。首先 將烘干機的模型簡單化如圖 所示： 1 透氣孔， 2 帶拉鏈的布蓋子， 3 不透氣的袋體， 4 易粘帶， 5 進氣端， 6 出氣端，7 出風口， 8 風機體， 9 進風箱 ， 10 檔位開關 圖 該設計的便攜式烘干機由熱風機和密封袋兩個部分組成，熱風機要求是的三檔位調速熱風機，使用普通 220V 市電壓，熱風機的前兩檔可以和普通的吹風機一樣用于吹頭發，第三檔增加風速降低溫度（ 4050 攝氏度），以達到快速烘干且不損害 6 被烘干衣物的效果。熱風機由出風口 風機體 進風箱 9 和檔位開關 10 組成。密封袋由透氣孔 帶拉鏈 的布蓋子 不透氣的袋體 易粘帶 4，進氣端 5 和出氣端 6 組成，透氣孔 1 位于帶拉鏈的布蓋子 2 上，帶拉鏈的布蓋子 出氣端 6 位于不透氣的袋體 3 的前端，易粘帶 進氣端 5 位于不透氣的袋體 3 后端；密封袋是一個長筒狀袋體，袋體由無紡布制成內面覆蓋有塑料膜以達到密封效果。密封袋的進氣端 5 是一個帶有易粘帶 4 的口，它可以套在熱風機的出風口 7 上，并且可以使用易粘帶 4 將袋口扎緊，密封袋的出氣端 6 是可透氣的布蓋子，上面有拉鏈，將衣物放入后將拉鏈拉上。 骨架的設計 烘干箱體的總體長寬高為 50cm50cm90cm，考慮到 要便于折疊和支撐起整個無紡布箱體，采用單面橢圓形結構，四面就形成了如圖 所示圖形。 圖 該材料為彈性可折疊塑膠型材可以扭曲、彎折，要求材料具有高彈性和高可塑性。 這種設計的好處是可以使用 8 字形對折的方法對此進行收縮，首先先將模型對折變成一個兩面相對的橢圓形，然后再抓住橢圓的兩頭對扭一下，扭成 8 字形狀后把上下兩個圈對折，這樣的話不僅能最大的利用空間而且可以把箱體壓縮到一個很小的空間內大約只有一個半徑為 14cm高為 6cm的圓柱體，然后可以收入收納袋中。 7 收納袋為 30cm30cm7cm的袋體。 第 一步 如圖 所示，將袋體拍平，因為材料為高彈性的軟體材料，所以材料可以呈現 180 度的對折，并且取消掉施加在上面的壓力時，骨架會以很高的彈性，速度張開。 圖 第二步 如圖 所示握住袋體的兩端旋轉，朝 8 字形旋轉。 圖 第三步 將 8 字的兩個圓朝對方相互彎折，也就是將圖 中的兩個圓對折，具 8 體如圖 所示 圖 這中折疊方式非常有助于壓縮收納袋體，但是有一點值得注意的是，將箱體從收納袋中拿出來的時候一定要注意握住后再打開，由于材料屬于高彈性可塑性材料，所以在失去對其的壓縮力之 后會形成反彈，將其握住后再打開可以防止彈傷。 衣物鋼架的設計 鋼架結構由于較長，不易于攜帶，所以在本文中將其改為可折疊式樣的鋼架，鋼架上有倒鉤可以掛在箱體兩邊的盒子上。如圖 所示 圖 鋼架是可以通過一個螺栓在一定角度內旋轉，當角度旋轉到 180 度是就可以掛在箱體內。 9 衣物鋼架的強度校核 衣物鋼架的主要作用是用于懸掛衣物以方便更快的烘干衣物，如果鋼架的強度不夠的話可能會造成鋼架斷裂，這是使用者和設計者都不愿意看到的情況，所以在設計之初我們要對鋼架的強度進行一下校核，以達到我們需要 的標準 根據查詢手冊，本文選擇的是普通碳素鋼，國標 GB1501998，根據不同碳素鋼和鋼板之間的差別，我們選擇使用 Q235B 熱軋鋼板。鋼板的參數條件：組合后長度 470cm，厚度 3cm，寬度 8cm。 按照材料力學的定義，對構件材料強度進行計算時，考慮力學模型與實際情況的差異，構件必須處于一個合適的強度范圍內，對于由一定材料所制成的具體構件，我們需要對其具體的定義一個最大的許用值，而這個最大的許用值就是我們所說的需用應力 ??? ，為 了保證收到拉力的鋼架在工作時不變形失效，則必須滿足： ? ?max??? （ ） 由于考慮到我們的設計理念，我們在這里把鋼條設計成一個長條形矩形零件，則它應該滿足： ? ?mm ax axNF A? ?? ? （ ） NmaxF 是表示鋼條所能承受的最大的拉應力，我們不妨考慮一下一件脫水后的衣服有多重，那一個烘干機的箱體又有多大，通過筆者的實驗所得，一件冬天穿的毛呢大衣重約 1kg，而脫水后的毛呢大衣是其干燥時候的三倍，而一個長寬僅僅有50cm的空間只能放入 3 件這種大衣。換個角度，我們來看看夏天穿的襯衫，重量只有 ，能放入 6 件，但是總的質量卻比不上使用毛呢大衣，既然是要算出最大的拉 應 力 ， 我 們 就 不 妨 使 用 毛 呢 大 衣 。 其 所 能 提 供 的 最 大 拉 應 力 為N m a x 3 101 30F G m Ng? ? ? ? ? ?。 A 表示鋼條的橫截面積，計算可得 222 4 0 .2 4A mmc??。 10 根據上述公式可以算得： m a xm a x 2 430 1 . 2 50 . 2 14 0 M PNF NA am? ?? ? ? ?。 查詢相關冶金手冊可以得出在厚度為 3cm的 Q235B 熱軋鋼板的最大需用應力? ? ? ? 。相比較之下我們不難發現 ? ?max??? 遠遠滿足了條件，所以證明初設計是可行的。 箱體設計 利用骨架支撐起整個箱體，在風機鼓入風之后，內部壓強增大，就能夠使得在掛了衣服的情況下，衣服的重量不至于壓垮由軟性材料制作的骨架。箱體四周的無紡布有兩個相對應的口袋，用于懸掛鋼架，鋼架上有倒鉤可以掛住在無紡布的口袋上，這樣就可以使得衣服能懸掛在鋼架上進行烘干，烘干效果更佳。如圖 所示 圖 在箱體的一 面上有一個風機的入口，烘干機可以將口套在入口處，然后用易粘帶黏住這樣就可以防止烘干過程中烘干機脫落。在箱體的上面有一個帶拉鏈的布蓋子，將布蓋子打開就可以把衣服放進去，然后在通電源就可以對衣物進行烘干。 箱體參數： 外形尺寸 50cm50cm90cm 折疊尺寸 15cm15cm7cm 11 裝袋后尺寸 15cm15cm7cm 總重量 2kg 總體設計后的體積比一個 CD 盒差不多大小完全符合了我們設計便攜式烘干機的最初設計理念。 烘干機的選擇 本文所述的烘干機雖然在平時可用作吹分機使用，但是和一般吹 分機卻是不同，烘干機要求三檔調速，為了符合綠色低碳的設計理念，筆者在這里將烘干機的模型設定為吹風機的模型，烘干機的前兩檔溫度較高，風力較弱，可以在平時不烘干衣物時當做吹風機使用。這樣就不僅能為消費者節省支出，也為企業創造了一個吸引眼球的亮點。 衣物的烘干不同于吹頭發，所以調到第三檔的時候，溫度調低、風速調快。究其原因，如果一味的追求溫度的話，衣物可能會發黃，這樣會損壞衣物，如果溫度低，風速過慢的話，可能會造成烘干衣物的時間過長，或者衣物的烘干不徹底，給使用者帶來不便，我們所要求的設計理念是要求在 3060 分 鐘之內烘干衣物，同時時間如果過長的話也太過浪費時間和與設計理念不符。 所以我們要在具體仿真結束后才能具體知道烘干機烘干衣物時所要達到的溫度和風力速度。 吹分機若要滿足我們的設計理念，前兩檔用于吹頭發，第三檔用于烘干，可以將位于其風機體前端的風嘴旋轉而下，為其套上一個專用的風嘴，這樣就可以有效防止被箱體入風口套住的時候在工作時。套嘴如圖 所示 12 圖 由于仿真需要我們需要假設吹分機的初始仿真參數： 最大功率： 2200W 烘干功率： 1200W 吹風機檔位： 3 檔 風嘴樣式：集風嘴，散風嘴（設計） 最大風 速（烘干風速）： 810m/s 吹風機功能：吹發，烘干，殺菌。 13 第 3 章 烘干機內部流場數值計算 流場數值仿真理論 計算流體動力學可以作為流動方程包括質量守恒方程，動量守恒方程，控制下的能量守恒方程的流場數值模擬。通過數值模擬和仿真，可以了解極其復雜的內部流場各個部分的基本物理量（如速度，溫度，壓力，濃度）分布，以及這些物理量隨時間的變化，電渦流的分布特性，分離區的空化特性和流動。我們也可以根據它來找出其他的物理量，如旋轉流 體機械，液壓的損失和效率。此外，結合 CAD，能結構優化設計。完整的計算流體動力學方法系統，傳統的理論分析方法和實驗測量方法三組成的流體力學問題，如圖 所示的流體力學特性之間的關系的三個示圖。 單 純 實 驗 測 試單 純 理 論 分 析計 算 流 體 動 力 學 圖 理論分析的方法的優點是它的普遍性的結果，許多其他因素清晰可見，它是指導和實驗驗證數值計算方法的理論基礎研究。然而，它通常需要對需要計算的對象進行才抽象化和簡單化，這樣才是有可能計算的理論值。對于非線性問題，只有很少的流量可以計算分析結果。 連續介質的概念 氣體與液體都屬于流體，從微觀的角度看，無論是氣體還是液體，分子間都存在間隙，同時由于分子的隨機運動，導致流體的質量在空間上的分布是不連續的， 14 而且任意控件點上流體物理量相對時間也是不連續的。但是從宏觀角度考慮，流體的結構和運動有表現出明顯的連續性和確定性，而流體力學研究的正是流體的宏觀運動。在流體力學中正是用宏觀流體模型來代替微觀有間隙的分子結構。 流體的密度定義為： mV?? （ ） 式中 ? —— 密度 m —— 質量 V —— 體積 由于流體是非均勻材質的流體，對于其流體中任意一點的密度我們可以定義為： 0limvvmv? ? ?? ?? ? （ ） 在式（ ）中， 0v? 是攝像的一個最小的體積，為了使密度統計平均值（ mv?? ）有確切的意義，在 0v? 內需要包含足夠多的分子。這個 0v? 就被稱為 流體質點的體積，所以實質上流體質點上的密度就就是連續介質中抹一點的流體密度。同樣，連續介質中某一點流體質點的質心速度就是的流體速度值在某瞬時質心在該點的。不僅如此，控件任意點上的流體物理量都指位于該點上的流體質點的物理量。 控制方程 不同的情況下我們要對仿真的條件進行抽象化和簡單化，對于本文的仿真，我們需要對下列條件進行一列的假設，以達到我們仿真的條件。 （ 1） 徹體力不予考慮； （ 2） 熱輻射的影響不予考慮； （ 3） 烘干機內部考慮非定常流動； 15 所有流動和傳熱過程都需要遵守最基本的物理守恒定律，也就是說 動量守恒定律、質量守恒定律和能量守恒定律。控制方程就是流動和傳熱問題中這些守恒定律的數學表達式即偏微分方程，本文烘干機內部流場流動和傳熱過程的控制方程如下： （ 1）連續方程 () 0iiutx?? ?? ???? () （ 2）動量方程 ( ) ( ) ( )ii i j i i jj i i jupu u u f u u ut x x x? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? () （ 3）能量方程 ( ) ( ) ( )ii i i j iiiqpH Q u f ut t x x? ? ??? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? () 式中 ? —— 流體密度； x —— 流體微團的坐標，與下標結合表示三個方向的坐標； u —— 流體微團的速度，與下標結合表示三個方向的速度； t —— 時間； if —— 單位質量流體上的徹體力； ij? —— 應力張量， 2 iij ij ij juuS x? ?? ??? ?； p —— 壓強； Q —— 外加熱能； 16 iq —— 熱通量向量，i iTq x????； T —— 熱力學溫度； H —— 總焓， 212iH h u??； h —— 焓； ,ij—— 表示坐標和速度的分量。 NS 方程：3xD u p u u u u v wFD t x x x y y z z x x y z?? ? ? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ????? 3yD v p v v v u v wFD t y x x y y z z y x y z?? ? ?