红外干燥箱作为水分测定天平关键部件之一,用来烘干实验试样,直接影响仪器的测量精度。红外干燥箱的结构复杂,内部温度场由多种传热方式共同作用产生,温度变化梯度大。而温度作为红外干燥箱最关键的一项性能指标,决定了其干燥的质量和速度,但是在水分测定天平的使用中,出现过干燥不充分、试样局部碳化等由加热温度引起的问题,因此有必要对红外干燥箱工作时的温度变化规律进行深入研究。由于红外干燥箱的结构相对封闭,内部温度测量难度非常大,因此温度场模拟成为更为可行的一种研究方法。本文主要研究红外干燥箱在加热前期的实时温度分布状况及试样的受热情况,采用计算流体力学中的温度场模拟技术对红外干燥箱的三维瞬态温度场进行数值分析,具体开展了如下几个方面的工作：首先,针对红外干燥箱的传热情况,系统地分析了热传递、热对流和热辐射三种传热方式,其中重点分析了红外辐射的基本规律及红外干燥下水分逸失的过程。介绍了计算流体力学中的温度场模拟技术,其中重点介绍了有限体积法的离散化方法及基于有限体积法的计算流体力学软件FLUENT。其次,对红外干燥箱数值模拟的关键问题进行了分析,对模型进行了合理简化和假设,给出了求解的边界条件。分析了流固耦合换热模型,计算了红外加热管的有效热辐射量,分析了基于复合模糊控制的红外加热管功率变化规律,通过用户自定义函数功能定义了符合实际情况的内热源,同时分析了红外辐射下的壁面反射率确定方法。最后,建立了红外干燥箱的几何模型并对其进行了网格划分,选择和确定了红外干燥箱的辐射模型和边界条件,使用FLUENT数值模拟红外干燥箱从开始工作到内部温度动态稳定后的加热过程,模拟的加热时间段为300s。使用红外热像仪和热电偶温度计对模拟结果进行试验验证,证明模拟结果可靠。通过温度场数值模拟,揭示了红外干燥箱在加热阶段的温度变化规律,模拟表明试样温度与传感器温度存在差距,在加热的不同阶段偏差大小也不一样,并且偏差的大小与试样的热特性相关。模拟结果可用于水分测定天平的优化设计和其他相关的工程应用。 更多