一种电热辊道炉结构优化方法与流程

本发明主要涉及辊道炉
技术领域：
，特指一种电热辊道炉结构优化方法。
背景技术：
：伴随着新能源行业的疾速发展，锂电池行业成为了如今的热点，而锂电池材料是决定其性能的关键因素。锂电池材料的需求量急剧增大，急需高效的规模化批量生产。电热辊道炉则是一种锂电池材料制备过程中必备的规模化连续式烧结设备，随着锂电池材料市场需求的逐渐增加，锂电池材料制造厂家纷纷提高设备产能，烧结设备电热辊道炉的炉体截面不断加宽，匣钵推进速度逐渐增大，造成炉膛温度均匀性更难保证，然而锂电池材料制备工艺要求炉膛内部温差在±5℃以内，炉膛内温度均匀分布是锂电池材料优异质量的前提保障，电热辊道炉炉膛温度均匀性问题已成为制约烧结设备发展的主要瓶颈。目前传统对电热辊道炉结构优化的方法，主要是依靠已有经验，制造出具有不同结构的多种炉体样机，然后利用热电偶进行测温实验，测量出电热辊道炉样机稳定状态下炉膛内部上、中、下三处位置的温度，选取温差较小的样机结构作为最终的结构设计参数，再进行辊道炉成品的生产。采用这种电热辊道炉结构优化方法，时间、资金成本较高，结构调整方向盲目，缺乏足够的理论支撑，优化设计周期较长，不能满足锂电池材料制备工艺对烧结设备的要求。技术实现要素：本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本低、优化时间短的电热辊道炉结构优化方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种电热辊道炉结构优化方法，步骤为：s01、建立多种具有不同设计参数的辊道炉炉体模型；s02、将各辊道炉炉体模型导入icemcfd软件，进行模型修补和网格划分，并将网格划分后生成的网格文件导入至ansysfluent软件；s03、在ansysfluent软件中设置材料物性参数、计算边界条件以及选择计算模型，对计算域进行初始化后利用求解器进行计算；s04、将ansysfluent软件计算得到的结果文件导入后处理软件cfd-post中，对不同模型的炉膛中心截面的无量纲温差系数进行对比分析，将温差系数较小的辊道炉炉体模型作为优选方案。作为上述技术方案的进一步改进，将优选方案进行至少一次的设计参数调整，并重复步骤s02～s04，确定最终的辊道炉炉体模型。作为上述技术方案的进一步改进，所述设计参数包括炉膛宽高比、硅碳棒间距、进气口直径和排气口直径中的一种或多种。作为上述技术方案的进一步改进，在步骤s01中，通过solidworks软件建立辊道炉炉体模型。作为上述技术方案的进一步改进，所述模型文件格式为*.x_t格式；所述网格文件格式为*.msh格式。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤s03中的材料物性参数包括密度、比热容和热导率。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤s03中的计算边界条件包括：进气口类型为速度入口，速度v＝0.2m/s；出气口类型为压力出口，压力p＝2pa；硅碳棒表面类型为壁面，表面热流密度q＝5.8×104w/m2；炉体外表面类型为壁面，对流换热系数h＝15w/(℃·m2)。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤s03中的计算模型包括湍流模型和辐射模型。作为上述技术方案的进一步改进，所述湍流模型为标准k-ε双方程模型；所述辐射模型为do辐射模型。作为上述技术方案的进一步改进，所述温差系数定义为：其中，为炉膛中心截面的平均温度，σ为炉膛中心截面所有节点温度的标准差。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的电热辊道炉结构优化方法，借助数值仿真软件ansys(包括icemcfd、ansysfluent和cfd-post软件)，在现有辊道炉结构基础上，建立多种不同结构的辊道炉模型，通过对不同模型炉膛中心截面的温差系数进行对比分析，选取温差系数较小的模型作为最终电热辊道炉的设计方案，具有严谨的理论依据，为电热辊道炉结构的优化提供合理方向，可以有效节约设计成本，缩短结构优化周期，保证炉膛温度均匀性和锂电池材料的烧结质量，顺应当前锂电池材料生产厂家对电热辊道炉的要求，促进锂电池行业的发展。附图说明图1为本发明的方法流程图。图2为本发明中电热辊道炉的截面图。图中标号表示：1、炉体外壳；2、炉衬耐火材料；3、出气口；4、电热硅碳棒；5、匣钵；6、辊棒；7、进气口。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。如图2所示，本实施例中的电热辊道炉的结构包括炉体外壳1、炉衬耐火材料2、出气口3、电热硅碳棒4、匣钵5、辊棒6和进气口7，其中辊棒6用于输送匣钵5，电热硅碳棒4用于对炉体内部进行加热。如图1所示，本实施例的电热辊道炉结构优化方法，包括以下步骤：s01、在现有电热辊道炉的结构基础上，通过变化设计参数，借助三维绘图软件(如solidworks软件)对辊道炉的炉体(可以为一节或多节)建立多种具有不同设计参数的几何模型文件。其中设计参数包括炉膛宽高比、硅碳棒间距、进气口直径和排气口直径中的一种或多种；其中炉膛宽高比为：2:1～1:2，硅碳棒间距为：200～350mm，进气口直径为：20～30mm，排气口直径为：200～300mm；s02、分别将至少两种以上不同电热辊道炉的模型文件导入icemcfd软件，进行模型修补和网格划分，然后再将生成网格文件导入ansysfluent软件；其中模型文件格式为*.x_t格式；网格文件格式为*.msh格式；s03、在ansysfluent软件中设置材料物性参数、计算边界条件以及选择计算模型，对计算域进行初始化后并利用求解器进行计算。其中材料物性参数包括密度、比热容和热导率；计算边界条件包括：进气口类型为velocityinlet(速度入口)，速度大小v＝0.2m/s；出气口类型为pressureoutlet(压力出口)，压力大小p＝2pa；硅碳棒表面类型为wall(壁面)，表面热流密度q＝5.8×104w/m2；炉体外表面类型为wall(壁面)，对流换热系数h＝15w/(℃·m2)；计算模型包括湍流模型和辐射模型；其中湍流模型为标准k-ε双方程模型；辐射模型为do辐射模型；s04、将ansysfluent软件计算得到的结果文件导入后处理软件cfd-post中，对不同模型的炉膛中心截面的无量纲温差系数进行对比分析，将温差系数较小的模型作为优选方案。其中结果文件格式为：*.dat格式；温差系数定义为：其中，为炉膛中心截面的平均温度，σ为炉膛中心截面所有节点温度的标准差。温差系数表示炉膛截面温度分布均匀性，其值越小，炉膛温度分布越均匀。s05、对优选方案做至少一次设计参数调整，再重复步骤2～4，确定最终电热辊道炉模型。具体地，下面结合两个不同的实施例对本发明做进一步说明：实施例一：在步骤s01中，通过调整设计参数中的炉膛宽高比实现对电热辊道炉的结构优化，具体为：建立两种辊道炉模型，其中原结构模型的炉膛宽高比为：2:1，而新模型一的炉膛宽高比为1.5:1，其它炉膛宽高比等设计参数均相同。执行步骤s02～s04，在步骤s04中，得出两种辊道炉模型炉膛中心截面的无量纲温差系数如下表1所示：表1：模型炉膛宽高比温差系数原结构模型2:14.32×10-3新模型一1.5:13.91×10-3根据对比结果，将温差系数较小的新模型一作为优选方案，然后对优选方案做至少一次炉膛宽高比的调整，再重复步骤s02～s04，计算出调整后的辊道炉模型的温差系数，与优选方案进行对比，选取炉膛截面温差系数最小的模型作为最终的电热辊道炉模型。实施例二：本实施例与实施例一的区别仅在于，通过调整设计参数中的硅碳棒间距实现对电热辊道炉的结构优化，炉膛宽高等其它设计参数则不做调整。具体地，在步骤s01中，建立三种辊道炉模型，其中原结构模型的硅碳棒间距为250mm，新模型二的硅碳棒间距为220mm，新模型三的硅碳棒间距为280mm。然后执行步骤s02～s04，在步骤s04中，计算得出三种辊道炉模型炉膛中心截面的无量纲温差系数计算结果如下表2所示：表2：模型硅碳棒间距(mm)温差系数原结构模型2504.32×10-3新模型二2204.28×10-3新模型三2804.75×10-3根据对比结果，将温差系数较小的新模型二作为优选方案，然后对优选方案做至少一次硅碳棒间距的调整，再重复步骤s02～s04，计算出调整后的辊道炉模型的温差系数，与优选方案进行对比，选取炉膛截面温差系数最小的模型作为最终的电热辊道炉模型。在其它实施例中，对电热辊道炉模型设计参数的调整还包括对进气口直径和排气口直径中的一种或多种进行修改，实现电热辊道炉结构的优化。本发明的电热辊道炉结构优化方法，借助数值仿真软件ansys(包括icemcfd、ansysfluent和cfd-post软件)，在现有辊道炉结构基础上，建立多种不同结构的辊道炉模型，通过对不同模型炉膛中心截面的温差系数进行对比分析，选取温差系数较小的模型作为最终电热辊道炉的设计方案，具有严谨的理论依据，为电热辊道炉结构的优化提供合理方向，可以有效节约设计成本，缩短结构优化周期，保证炉膛温度均匀性和锂电池材料的烧结质量，顺应当前锂电池材料生产厂家对电热辊道炉的要求，促进锂电池行业的发展。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。当前第1页12