【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)插上電源，并打開開關(guān)，撥到烘干檔。熱風(fēng)機(jī)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(jìn)口吹入。 總體設(shè)計(jì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的理念的便攜式烘干機(jī)，主要的特點(diǎn)突出在便攜的特點(diǎn)上。因此，我們選用的材料和設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該是可以收縮折疊型的型材。首先 將烘干機(jī)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(jìn)氣端， 6 出氣端，7 出風(fēng)口， 8 風(fēng)機(jī)體， 9 進(jìn)風(fēng)箱 ， 10 檔位開關(guān) 圖 該設(shè)計(jì)的便攜式烘干機(jī)由熱風(fēng)機(jī)和密封袋兩個(gè)部分組成，熱風(fēng)機(jī)要求是的三檔位調(diào)速熱風(fēng)機(jī)，使用普通 220V 市電壓，熱風(fēng)機(jī)的前兩檔可以和普通的吹風(fēng)機(jī)一樣用于吹頭發(fā)，第三檔增加風(fēng)速降低溫度（ 4050 攝氏度），以達(dá)到快速烘干且不損害 6 被烘干衣物的效果。熱風(fēng)機(jī)由出風(fēng)口 風(fēng)機(jī)體 進(jìn)風(fēng)箱 9 和檔位開關(guān) 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(jìn)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(jìn)氣端 5 位于不透氣的袋體 3 后端；密封袋是一個(gè)長筒狀袋體，袋體由無紡布制成內(nèi)面覆蓋有塑料膜以達(dá)到密封效果。密封袋的進(jìn)氣端 5 是一個(gè)帶有易粘帶 4 的口，它可以套在熱風(fēng)機(jī)的出風(fēng)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(shè)計(jì) 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(gè)無紡布箱體，采用單面橢圓形結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)的好處是可以使用 8 字形對(duì)折的方法對(duì)此進(jìn)行收縮，首先先將模型對(duì)折變成一個(gè)兩面相對(duì)的橢圓形，然后再抓住橢圓的兩頭對(duì)扭一下，扭成 8 字形狀后把上下兩個(gè)圈對(duì)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(gè)很小的空間內(nèi)大約只有一個(gè)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?yàn)椴牧蠟楦邚椥缘能涹w材料，所以材料可以呈現(xiàn) 180 度的對(duì)折，并且取消掉施加在上面的壓力時(shí)，骨架會(huì)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(zhuǎn)，朝 8 字形旋轉(zhuǎn)。 圖 第三步 將 8 字的兩個(gè)圓朝對(duì)方相互彎折，也就是將圖 中的兩個(gè)圓對(duì)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(diǎn)值得注意的是，將箱體從收納袋中拿出來的時(shí)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(duì)其的壓縮力之 后會(huì)形成反彈，將其握住后再打開可以防止彈傷。 衣物鋼架的設(shè)計(jì) 鋼架結(jié)構(gòu)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(gè)螺栓在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)角度旋轉(zhuǎn)到 180 度是就可以掛在箱體內(nèi)。 9 衣物鋼架的強(qiáng)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(qiáng)度不夠的話可能會(huì)造成鋼架斷裂，這是使用者和設(shè)計(jì)者都不愿意看到的情況，所以在設(shè)計(jì)之初我們要對(duì)鋼架的強(qiáng)度進(jìn)行一下校核，以達(dá)到我們需要 的標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)查詢手冊(cè)，本文選擇的是普通碳素鋼，國標(biāo) GB1501998，根據(jù)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(shù)條件：組合后長度 470cm，厚度 3cm，寬度 8cm。 按照材料力學(xué)的定義，對(duì)構(gòu)件材料強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮力學(xué)模型與實(shí)際情況的差異，構(gòu)件必須處于一個(gè)合適的強(qiáng)度范圍內(nèi)，對(duì)于由一定材料所制成的具體構(gòu)件，我們需要對(duì)其具體的定義一個(gè)最大的許用值，而這個(gè)最大的許用值就是我們所說的需用應(yīng)力 ??? ，為 了保證收到拉力的鋼架在工作時(shí)不變形失效，則必須滿足： ? ?max??? （ ） 由于考慮到我們的設(shè)計(jì)理念，我們?cè)谶@里把鋼條設(shè)計(jì)成一個(gè)長條形矩形零件，則它應(yīng)該滿足： ? ?mm ax axNF A? ?? ? （ ） NmaxF 是表示鋼條所能承受的最大的拉應(yīng)力，我們不妨考慮一下一件脫水后的衣服有多重，那一個(gè)烘干機(jī)的箱體又有多大，通過筆者的實(shí)驗(yàn)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(shí)候的三倍，而一個(gè)長寬僅僅有50cm的空間只能放入 3 件這種大衣。換個(gè)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(zhì)量卻比不上使用毛呢大衣，既然是要算出最大的拉 應(yīng) 力 ， 我 們 就 不 妨 使 用 毛 呢 大 衣 。 其 所 能 提 供 的 最 大 拉 應(yīng) 力 為N m a x 3 101 30F G m Ng? ? ? ? ? ?。 A 表示鋼條的橫截面積，計(jì)算可得 222 4 0 .2 4A mmc??。 10 根據(jù)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(guān)冶金手冊(cè)可以得出在厚度為 3cm的 Q235B 熱軋鋼板的最大需用應(yīng)力? ? ? ? 。相比較之下我們不難發(fā)現(xiàn) ? ?max??? 遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了條件，所以證明初設(shè)計(jì)是可行的。 箱體設(shè)計(jì) 利用骨架支撐起整個(gè)箱體，在風(fēng)機(jī)鼓入風(fēng)之后，內(nèi)部壓強(qiáng)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(gè)相對(duì)應(yīng)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(jìn)行烘干，烘干效果更佳。如圖 所示 圖 在箱體的一 面上有一個(gè)風(fēng)機(jī)的入口，烘干機(jī)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(jī)脫落。在箱體的上面有一個(gè)帶拉鏈的布蓋子，將布蓋子打開就可以把衣服放進(jìn)去，然后在通電源就可以對(duì)衣物進(jìn)行烘干。 箱體參數(shù)： 外形尺寸 50cm50cm90cm 折疊尺寸 15cm15cm7cm 11 裝袋后尺寸 15cm15cm7cm 總重量 2kg 總體設(shè)計(jì)后的體積比一個(gè) CD 盒差不多大小完全符合了我們?cè)O(shè)計(jì)便攜式烘干機(jī)的最初設(shè)計(jì)理念。 烘干機(jī)的選擇 本文所述的烘干機(jī)雖然在平時(shí)可用作吹分機(jī)使用，但是和一般吹 分機(jī)卻是不同，烘干機(jī)要求三檔調(diào)速，為了符合綠色低碳的設(shè)計(jì)理念，筆者在這里將烘干機(jī)的模型設(shè)定為吹風(fēng)機(jī)的模型，烘干機(jī)的前兩檔溫度較高，風(fēng)力較弱，可以在平時(shí)不烘干衣物時(shí)當(dāng)做吹風(fēng)機(jī)使用。這樣就不僅能為消費(fèi)者節(jié)省支出，也為企業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)吸引眼球的亮點(diǎn)。 衣物的烘干不同于吹頭發(fā)，所以調(diào)到第三檔的時(shí)候，溫度調(diào)低、風(fēng)速調(diào)快。究其原因，如果一味的追求溫度的話，衣物可能會(huì)發(fā)黃，這樣會(huì)損壞衣物，如果溫度低，風(fēng)速過慢的話，可能會(huì)造成烘干衣物的時(shí)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(shè)計(jì)理念是要求在 3060 分 鐘之內(nèi)烘干衣物，同時(shí)時(shí)間如果過長的話也太過浪費(fèi)時(shí)間和與設(shè)計(jì)理念不符。 所以我們要在具體仿真結(jié)束后才能具體知道烘干機(jī)烘干衣物時(shí)所要達(dá)到的溫度和風(fēng)力速度。 吹分機(jī)若要滿足我們的設(shè)計(jì)理念，前兩檔用于吹頭發(fā)，第三檔用于烘干，可以將位于其風(fēng)機(jī)體前端的風(fēng)嘴旋轉(zhuǎn)而下，為其套上一個(gè)專用的風(fēng)嘴，這樣就可以有效防止被箱體入風(fēng)口套住的時(shí)候在工作時(shí)。套嘴如圖 所示 12 圖 由于仿真需要我們需要假設(shè)吹分機(jī)的初始仿真參數(shù)： 最大功率： 2200W 烘干功率： 1200W 吹風(fēng)機(jī)檔位： 3 檔 風(fēng)嘴樣式：集風(fēng)嘴，散風(fēng)嘴（設(shè)計(jì)） 最大風(fēng) 速（烘干風(fēng)速）： 810m/s 吹風(fēng)機(jī)功能：吹發(fā)，烘干，殺菌。 13 第 3 章 烘干機(jī)內(nèi)部流場數(shù)值計(jì)算 流場數(shù)值仿真理論 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)可以作為流動(dòng)方程包括質(zhì)量守恒方程，動(dòng)量守恒方程，控制下的能量守恒方程的流場數(shù)值模擬。通過數(shù)值模擬和仿真，可以了解極其復(fù)雜的內(nèi)部流場各個(gè)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(shí)間的變化，電渦流的分布特性，分離區(qū)的空化特性和流動(dòng)。我們也可以根據(jù)它來找出其他的物理量，如旋轉(zhuǎn)流 體機(jī)械，液壓的損失和效率。此外，結(jié)合 CAD，能結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。完整的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)，傳統(tǒng)的理論分析方法和實(shí)驗(yàn)測量方法三組成的流體力學(xué)問題，如圖 所示的流體力學(xué)特性之間的關(guān)系的三個(gè)示圖。 單 純 實(shí) 驗(yàn) 測 試單 純 理 論 分 析計(jì) 算 流 體 動(dòng) 力 學(xué) 圖 理論分析的方法的優(yōu)點(diǎn)是它的普遍性的結(jié)果，許多其他因素清晰可見，它是指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)研究。然而，它通常需要對(duì)需要計(jì)算的對(duì)象進(jìn)行才抽象化和簡單化，這樣才是有可能計(jì)算的理論值。對(duì)于非線性問題，只有很少的流量可以計(jì)算分析結(jié)果。 連續(xù)介質(zhì)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(shí)由于分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致流體的質(zhì)量在空間上的分布是不連續(xù)的， 14 而且任意控件點(diǎn)上流體物理量相對(duì)時(shí)間也是不連續(xù)的。但是從宏觀角度考慮，流體的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)有表現(xiàn)出明顯的連續(xù)性和確定性，而流體力學(xué)研究的正是流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。在流體力學(xué)中正是用宏觀流體模型來代替微觀有間隙的分子結(jié)構(gòu)。 流體的密度定義為： mV?? （ ） 式中 ? —— 密度 m —— 質(zhì)量 V —— 體積 由于流體是非均勻材質(zhì)的流體，對(duì)于其流體中任意一點(diǎn)的密度我們可以定義為： 0limvvmv? ? ?? ?? ? （ ） 在式（ ）中， 0v? 是攝像的一個(gè)最小的體積，為了使密度統(tǒng)計(jì)平均值（ mv?? ）有確切的意義，在 0v? 內(nèi)需要包含足夠多的分子。這個(gè) 0v? 就被稱為 流體質(zhì)點(diǎn)的體積，所以實(shí)質(zhì)上流體質(zhì)點(diǎn)上的密度就就是連續(xù)介質(zhì)中抹一點(diǎn)的流體密度。同樣，連續(xù)介質(zhì)中某一點(diǎn)流體質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)心速度就是的流體速度值在某瞬時(shí)質(zhì)心在該點(diǎn)的。不僅如此，控件任意點(diǎn)上的流體物理量都指位于該點(diǎn)上的流體質(zhì)點(diǎn)的物理量。 控制方程 不同的情況下我們要對(duì)仿真的條件進(jìn)行抽象化和簡單化，對(duì)于本文的仿真，我們需要對(duì)下列條件進(jìn)行一列的假設(shè)，以達(dá)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(jī)內(nèi)部考慮非定常流動(dòng)； 15 所有流動(dòng)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(dòng)量守恒定律、質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律?？刂品匠叹褪橇鲃?dòng)和傳熱問題中這些守恒定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式即偏微分方程，本文烘干機(jī)內(nèi)部流場流動(dòng)和傳熱過程的控制方程如下： （ 1）連續(xù)方程 () 0iiutx?? ?? ???? () （ 2）動(dòng)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(tuán)的坐標(biāo)，與下標(biāo)結(jié)合表示三個(gè)方向的坐標(biāo)； u —— 流體微團(tuán)的速度，與下標(biāo)結(jié)合表示三個(gè)方向的速度； t —— 時(shí)間； if —— 單位質(zhì)量流體上的徹體力； ij? —— 應(yīng)力張量， 2 iij ij ij juuS x? ?? ??? ?； p —— 壓強(qiáng)； Q —— 外加熱能； 16 iq —— 熱通量向量，i iTq x????； T —— 熱力學(xué)溫度； H —— 總焓， 212iH h u??； h —— 焓； ,ij—— 表示坐標(biāo)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?? ? ?