CN115659760A - 一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法 - Google Patents
一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115659760A CN115659760A CN202211433904.4A CN202211433904A CN115659760A CN 115659760 A CN115659760 A CN 115659760A CN 202211433904 A CN202211433904 A CN 202211433904A CN 115659760 A CN115659760 A CN 115659760A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gun
- glue
- hot melt
- analysis
- melt adhesive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
本发明一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，涉及热熔胶喷涂技术仿真分析领域。首先，根据专用胶枪的二维图纸，得到专用胶***型的基本尺寸参数，利用Solidworks和Ansys建立专用胶枪有限元模型并仿真；其次，搭建专用胶枪测试实验台，测试专用胶枪在不同条件下的喷较量、胶点尺寸情况，记录实验数据。最后，分析仿真云图并对专用胶枪关键尺寸参数进行优化分析，将分析结果对比实际喷胶情况，确定适合生产的参数值。利用利用多目标函数优化方法，优化胶枪喷嘴直径和加热温度等参数，根据实际需求选取最优解。本发明通过实验和数值模拟相结合的办法，为喷胶工艺及喷胶元件的设计生产提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及热熔胶喷涂技术仿真分析领域，涉及一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法。
背景技术
热熔胶专用胶枪是自粘式防排水板生产线的一种喷胶执行机构，能够精准定量将热熔胶喷涂至指定位置。该热熔胶专用胶枪是一种非标机构，可根据不同行业的生产需求，进行喷涂作业，在各种喷涂行业中有着广泛的应用。热熔胶专用胶枪的性能直接决定了所生产产品的质量高低。国内外许多学者应用理论推导、实验或者仿真的手段对热熔胶专用胶枪的各种特性展开了研究。
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理***（几何和载荷工况）进行模拟。利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实***。有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。因为实际问题被较简单的问题所代替，所以这个解不是准确解，而是近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
基于此，本发明方法根据自粘式防排水板生产线中实际应用的热熔胶专用胶***型为研究对象，以实验数据为基础，利用多相流模型、能量方程模型、湍流模型综合作用于非牛顿流体的方法，以数字化形式还原热熔胶在胶枪喷射过程中的实际情况，并通过数值模拟为研究手段，提出了一种热熔胶专用胶枪仿真分析和结构优化设计的方法。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，应用Solidworks和Ansys建模和构建自定义表达式Profiles，通过利用Fluent软件进行仿真来研究热熔胶专用胶枪喷胶过程中喷胶量、胶点尺寸的变化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，包括以下步骤：
第一步：利用Fluent对专用胶枪进行仿真分析
1.1)根据专用胶枪的二维图纸，得到专用胶***型的基本尺寸参数，利用Solidworks和Ansys建立专用胶枪有限元模型；
1.2)将建立的专用胶枪有限元模型导入到Ansys，利用Ansys软件进行网格类型选定和划分，设置网格划分条件及各区域命名，输出为mesh文件；
1.3)利用Fluent读取步骤1 .2)中得到的mesh文件进行仿真分析前设置，并检测网格，检查划分的网格是否正确并设定网格单位；
1.4)根据专用胶枪工作过程中的喷胶阶段和间歇阶段确定控制方程；选择正确的多相流模型、能量模型和湍流模型；
1.5)根据专用胶枪工作过程，设定热熔胶、空气、胶枪的实际物理参数，设定边界条件；
1.6)在Fluent中，进行动网格计算，选中动网格计算模块，并设置动网格总体计算参数及模式；
1.7)选择求解方法，确定求解精度；
1.8)边界初始化并设置迭代参数，利用Fluent求解器进行计算；
1.9)查看残差图，速度、压力和温度图。通过残差图初步判断分析结果是否收敛。
第二步：对热熔胶专用胶枪的喷胶量、胶点尺寸进行实验测试
2.1)搭建实验台，对专用胶枪测试回路进行连接；
2.2)按照Fluent分析结果，选用分析时喷嘴直径，设定气压、温度、喷胶间隔等参数。测试专用胶枪在不同气压、不同喷嘴直径、不同温度、不同喷胶间隔下的喷较量、胶点尺寸情况，并对所得数据进行记录。
第三步：分析仿真云图并对专用胶枪关键尺寸参数进行优化分析。
3.1)通过对专用胶枪的速度云图、压力云图、温度云图进行分析，观察流场中节流发生的关键位置，分析可能对喷胶量、胶点尺寸造成关键影响的尺寸参数。
3.2)根据实际试验结果确定仿真初始参数调整量，调整初始参数后返回第一步优化分析，将分析结果对比实际喷胶情况，确定适合生产的参数值。通过理论分析于试验分析相结合的方式，验证优化结果的正确性。如果仿真和计算结果误差在± 15％之内，且较优化前的结果有提升，则认为优化结果成立。
本发明是将多相流模型、能量方程模型、湍流模型共同作用于非牛顿流体上，建立与实际相符的数学模型，仿真出热熔胶喷涂过程，并通过实验与仿真相结合，使用实验数据验证仿真结果的正确性。利用仿真模拟实验中热熔胶专用胶枪喷射流场的流动状态，将工程实际问题转化成数学和仿真问题，为非牛顿流体喷***构优化提供了新思路。
附图说明
图1为实验、仿真分析以及优化设计流程图；
图2为热熔胶流体区域图；
图3为区域划分及命名图；
图4为网格划分图；
图5为镜像全场网格及边界条件图；
图6为喷胶瞬间速度云图；
图7为喷胶瞬间温度云图；
图8为喷胶瞬间压力云图
图9为Fluent分析残差图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是为了提供一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，应用Solidworks和Ansys建模和构建自定义表达式Profiles，通过利用Fluent软件进行仿真来研究热熔胶专用胶枪喷胶过程中喷胶量、胶点尺寸的变化。
本发明提供的一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，如图1所示，具体步骤包括：
第一步：利用Fluent对专用胶枪进行仿真分析
1.1)根据专用胶枪的二维图纸，得到专用胶***型的基本尺寸参数，利用Solidworks和Ansys建立专用胶枪三维有限元模型，如图2所示。首先根据热熔胶实际在针阀中的状态，构建针阀三位结构图，再通过抽取体积功能，将针阀内热熔胶的三维模型提取出来，构建形成热熔胶域；结合实际工况，确定喷最距目标距离；再以目标喷胶点为中心，半径200mm，构建圆柱体，代表空气域；最后将热熔胶域与空气域的合并，形成整个仿真流体域。
针对三维流体域进行模型简化，同时转换成二维半场模型，一方面降低计算机计算量，另一方面将不必要的尖角特征剔除掉，减少奇异点的出现，提高分析精准度。
1.2)将建立的模型导入到Ansys，利用Ansys软件进行网格类型选定和划分，设置网格划分条件及各区域命名，图3为本实施例中区域划分及命名图，网格划分设定为CFD模式划分，将单元尺寸设定为1mm，同时设定加密网格3次。将模型上顶线设定为流体入口Inlet，热熔胶域中内外表面设置为壁面Wall1，空气域底边设置为壁面Wall2，在空气域中设定流体出口Outlet，图4为本实施例网格划分图。
1.3)利用Fluent读取步骤1.2)中得到的mesh文件进行仿真分析前设置，并检测网格，检查划分的网格是否正确并设定网格单位。检测网格是否为负数，出现负数则划分网格出现问题，设定网格单位为mm，设定求解器为瞬态分析，重力矢量为Y方向-9.81。
1.4)根据专用胶枪工作过程中的喷胶阶段和间歇阶段确定控制方程；选择正确的多相流模型、能量模型和湍流模型。多相流模型选用Mixture模型，设定相流数为2，并将热熔胶设定为主相，空气设定为第二相。能量模型开关打开。湍流模型选用SST k-omega模型。
1.5)根据专用胶枪工作过程，设定热熔胶、空气、胶枪的实际物理参数，设定边界条件，图5为本实施例镜像全场网格及边界条件图。定义材料的物性参数，热熔胶材料命名为Glue，根据工程实际油液参数设置流体密度，动力粘度，导热率，参考温度。选择边界条件，选择命名的入口设置为质量流量入口，选择命名的出口设置为压力出口，壁面及对称面均按照默认设置。
入口压力是关键参数之一，根据热熔胶实际喷射流程，使用变入口压力值来模拟阀芯动开合效果，定义入口压力表达式为：
Vel=IF(t<=0.1[s],0[m/s],IF(t<=0.2[s],5[m/s],0[m/s]))
上述参数Vel为入口流体速度值，t为时间。当时间t≤0.1s时，不喷胶，在0.1s-0.2s时，喷胶，超过0.2s时，不喷胶。以此模拟喷胶阀开合瞬间。
热熔胶粘度是关键参数之一，根据热熔胶在不同温度状态下表现的不同粘度特点，建立热熔胶piecewise-liner粘度表达式。设定6点温度对应测量得到的粘度值。如图所示。
1.6)在Fluent中，对网格进行标记处理，选中喷嘴以上的流体区域，设定为glue区域，该区域在初始状态空气占比为0%。选中喷嘴以下的流体区域，设定为air区域，该区域在初始状态空气占比为100%；
1.7)选择求解方法，确定求解精度；选择计算方法为simple算法，梯度选择LeastSquares Cell Based。解决方案控制设定压力0.3，密度1，体积1，动量0.7，其余默认；
1.8)边界初始化并设置迭代参数，利用Fluent求解器进行计算；初始化设定标准初始化，局部初始化对步骤1.6）所述glue区域进行温度480K、空气体积0初始化，对air区域进行温度298K，空气体积1初始化；
1.9)查看残差图，速度、压力和温度图。通过残差图初步判断分析结果是否收敛。本实施例中残差图如图9所示。
第二步：对热熔胶专用胶枪的喷胶量、胶点尺寸进行实验测试
2.1)搭建实验台，对专用胶枪测试回路进行连接；将供胶***与胶枪连接，胶枪下方摆放目标工件；
2.2)按照Fluent分析结果，选用分析时喷嘴直径，设定气压、温度、喷胶间隔等参数。测试专用胶枪在不同气压、不同喷嘴直径、不同温度、不同喷胶间隔下的喷较量、胶点尺寸情况，并对所得数据进行记录；
初始调节供胶机气压为0.4MPa，喷嘴距离目标物体高度为50mm，喷嘴分别选用0.5mm，0.8mm，1mm直径。热熔胶加热温度设定为200℃，换算开氏温度约480K。开始试验前保证热熔胶加热20分钟，确保热熔胶完全在该温度流化。
第三步：分析仿真云图并对专用胶枪关键尺寸参数进行优化分析
3.1)通过对专用胶枪的速度云图、压力云图、温度云图进行分析，观察流场中节流发生的关键位置，分析可能对喷胶量、胶点尺寸造成关键影响的尺寸参数，本实施例中速度云图、温度云图、压力云图如图6-8所示；
通过分析各云图中最大最小关键值点位置及数值大小，利用多目标函数优化方法，将专用胶枪喷嘴直径、加热温度进行优化。优化函数如下：
s. t. 
上述式中，
为向量目标函数；
为多目标极小化数学模型采用向量形式的简写；
为向量极小化表示，即向量目标函数
中各个目标函数被同等地极小化的意思；s. t.
和
为设计变量
应满足的所有约束条件；
3.2)根据实际试验结果确定仿真初始参数调整量，调整初始参数后返回第一步优化分析，将分析结果对比实际喷胶情况，确定适合生产的参数值。通过理论分析于试验分析相结合的方式，验证优化结果的正确性。如果仿真和计算结果误差在± 15％之内，且较优化前的结果有提升，则认为优化结果成立。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：利用Fluent对专用胶枪进行仿真分析
1.1)根据专用胶枪的二维图纸，得到专用胶***型的基本尺寸参数，利用Solidworks和Ansys建立专用胶枪有限元模型；
1.2)将建立的专用胶枪有限元模型导入到Ansys，利用Ansys进行网格类型选定和划分，设置网格划分条件及各区域命名，输出为mesh文件；
1.3)利用Fluent读取步骤1.2)中得到的mesh文件进行仿真分析前设置，并检测网格，检查划分的网格是否正确并设定网格单位；
1.4)根据专用胶枪工作过程中的喷胶阶段和间歇阶段确定控制方程；选择正确的多相流模型、能量模型和湍流模型，将多方程作用于热熔胶流体上，模拟实际喷射过程；
1.5)根据专用胶枪工作过程，设定热熔胶、空气、胶枪的实际物理参数，设定边界条件；
1.6)在Fluent中，对网格进行标记处理，选中喷嘴以上的流体区域，设定为glue区域，该区域在初始状态空气占比为0%；选中喷嘴以下的流体区域，设定为air区域，该区域在初始状态空气占比为100%；
1.7)选择求解方法，确定求解精度；
1.8)边界初始化并设置迭代参数，利用Fluent求解器进行计算；
1.9)查看残差图，速度、压力和温度图，通过残差图初步判断分析结果是否收敛；
第二步：对热熔胶专用胶枪的喷胶量、胶点尺寸进行实验测试
2.1)搭建实验台，对专用胶枪测试回路进行连接；
2.2)按照Fluent分析结果，选用分析时喷嘴直径，设定气压、温度、喷胶间隔等参数；测试专用胶枪在不同气压、不同喷嘴直径、不同温度、不同喷胶间隔下的喷较量、胶点尺寸情况，并对所得数据进行记录；
第三步：分析仿真云图并对专用胶枪关键尺寸参数进行优化分析；
3.1)通过对专用胶枪的速度云图、压力云图、温度云图进行分析，观察流场中节流发生的关键位置，分析可能对喷胶量、胶点尺寸造成关键影响的尺寸参数；
通过分析各云图中最大最小关键值点位置及数值大小，利用多目标函数优化方法，将专 用胶枪喷嘴直径、加热温度参数进行优化；优化函数如下：
s. t. 
上述式中，
为向量目标函数；
为多目标极小化数学模型采用向量形式的简写；
为向量极小化表示，即向量目标函数
中各个目标函数被同等地极小化的意思；s. t.
和
为设计变量
应满足的所有约束条件；
3.2)根据实际试验结果确定仿真初始参数调整量，调整初始参数后返回第一步优化分析，将分析结果对比实际喷胶情况，确定适合的参数值；通过理论分析与试验分析相结合的方式，验证优化结果的正确性；如果仿真和计算结果误差在± 15％之内，且较优化前的结果有提升，则认为优化结果成立。
2.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，其特征
在于，步骤1.4)中所述的数学模型包括多相流模型、能量模型、k-e湍流模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，其特征在于，步骤1.5)中所述的物理参数包括流体密度、动力粘度、比热、热导率、参考温度；所述的边界条件包括入口流量、出口压力、壁面条件、初始体积占比。
4.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，其特征在于，步骤3.1)中所述速度云图中包括专用胶枪喷出内的热熔胶及周围空气在喷射过程中的流速参数，用于显示专用胶枪喷胶流速差异，判断紊流区域、死区域分布结果。
5.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，其特征在于，步骤3.1)中所述压力云图中包括专用胶枪每个位置的受力参数，用于显示专用胶枪流道内压强差异，判断紊流区域、死区域分布结果，判断热熔胶损失结果。
6.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，其特征在于，步骤3.1)中所述温度云图中包括专用胶枪喷出内的热熔胶及周围空气在喷射过程中的温度场变化，用于显示热熔胶在喷射过程中温度差异，判断热熔胶胶点分布结果。
7.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法，其特征在于，步骤3.1)中所述的尺寸参数主要包括喷嘴孔径、喷嘴截面尺寸、喷嘴距目标的距离尺寸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211433904.4A CN115659760A (zh) | 2022-11-16 | 2022-11-16 | 一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211433904.4A CN115659760A (zh) | 2022-11-16 | 2022-11-16 | 一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115659760A true CN115659760A (zh) | 2023-01-31 |
Family
ID=85017003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211433904.4A Pending CN115659760A (zh) | 2022-11-16 | 2022-11-16 | 一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115659760A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116415449A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-07-11 | 天津渤化工程有限公司 | 顺酐反应器的设计方法、设计***及信息数据处理终端 |
| CN116976162A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-10-31 | 武汉光谷蓝焰新能源股份有限公司 | 基于生物质锅炉有限元分析的脱硝设计仿真方法 |
-
2022
- 2022-11-16 CN CN202211433904.4A patent/CN115659760A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116415449A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-07-11 | 天津渤化工程有限公司 | 顺酐反应器的设计方法、设计***及信息数据处理终端 |
| CN116415449B (zh) * | 2023-06-12 | 2023-08-22 | 天津渤化工程有限公司 | 顺酐反应器的设计方法、设计***及信息数据处理终端 |
| CN116976162A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-10-31 | 武汉光谷蓝焰新能源股份有限公司 | 基于生物质锅炉有限元分析的脱硝设计仿真方法 |
| CN116976162B (zh) * | 2023-06-16 | 2024-01-30 | 武汉光谷蓝焰新能源股份有限公司 | 基于生物质锅炉有限元分析的脱硝设计仿真方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115659760A (zh) | 一种基于Fluent的热熔胶胶枪分析和结构优化方法 | |
| Gao et al. | Investigation and validation of 3D wake model for horizontal-axis wind turbines based on filed measurements | |
| Lien et al. | Numerical modelling of the turbulent flow developing within and over a 3-d building array, part I: a high-resolution Reynolds-averaged Navier—Stokes approach | |
| CN108304684B (zh) | 一种火箭发动机尾喷射流仿真方法及*** | |
| Afshari et al. | On numerical methods; optimization of CFD solution to evaluate fluid flow around a sample object at low Re numbers | |
| Baeten et al. | A validated model for mixing and buoyancy in stratified hot water storage tanks for use in building energy simulations | |
| CN109033664B (zh) | 基于cfd的考虑建筑体穿流效应的建筑风环境评估方法 | |
| CN105718634B (zh) | 一种基于非概率区间分析模型的翼型鲁棒优化设计方法 | |
| CN105181040A (zh) | 一种差压式流量计的数字化标定及优化方法 | |
| Shopov et al. | Interaction of a deformable bubble with a rigid wall at moderate Reynolds numbers | |
| CN107545100A (zh) | 一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法 | |
| CN109444350A (zh) | 一种基于无人机的大气污染物监测传感器的布局方法 | |
| CN113947003A (zh) | 一种面向热流耦合场景的粒子型无网格仿真*** | |
| CN107885964A (zh) | 一种顾及复杂地形的风能cfd模拟方法 | |
| CN114077802A (zh) | 一种利用形函数插值替代核函数近似的粒子建模方法 | |
| CN109063248A (zh) | 一种用于激光冲击强化的气-液-固耦合计算方法 | |
| Ran et al. | Three-dimensional numerical simulation of flow in trapezoidal cutthroat flumes based on FLOW-3D | |
| Musser et al. | Parametric study of charging inlet diffuser performance in stratified chilled water storage tanks with radial diffusers: Part 1–model development and validation | |
| CN114330156A (zh) | 一种基于中心圆柱矩形槽比尺效应的渠道测流法 | |
| CN114330050A (zh) | 抽水蓄能电站地下厂房通风廊道的温湿度数值模拟方法 | |
| CN110378023B (zh) | 屋面降雨径流模拟方法、装置、计算机设备和存储介质 | |
| CN109977598B (zh) | 针对阀下游排放管的载荷分析方法 | |
| Gao et al. | Measurement of mass flow rate and evaluation of heat transfer coefficient for high-pressure pneumatic components during charge and discharge processes | |
| Wang et al. | Steady and unsteady turbulent flows and pollutant dispersion in 2D street canyons with novel boundary conditions and various Re numbers | |
| CN114462336B (zh) | 一种核反应堆主管道冷却剂平均温度计算方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |