[发明专利]一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法

权利要求书

1.一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法，其特征在于，

步骤一、根据滚筒实际结构参数建立几何模型，结合实际工况，定义模型的边界条件、材料属性、初始条件，选择流体模型和收敛算法，建立滚筒的有限元模型；

S101：建立滚筒三维几何模型，滚筒的结构包括外滚筒、内滚筒、外滚筒与内滚筒夹层间的螺旋流道、中心轴、中心轴两端分别同轴套设的进水管道和出水管道、连接进出水管道和螺旋流道的连接水管，以及两侧端盖；

S102：定义滚筒换热模型；滚筒与烘箱热风及冷却水之间的多级换热包括滚筒体与烘箱热空气之间的对流和热辐射，计算表达式为：

式(1)中：q为烘箱热空气传递至滚筒体的热量；T_sa表示滚筒体的温度；T_air表示靠近滚筒体的空气温度；T_air∞表示远离滚筒体的空气温度；σ为玻尔兹曼常数；ε_pol表示滚筒体的热辐射系数；ε_air表示空气的热辐射系数；α为对流热导率；

冷却水在螺旋流道中与滚筒内壁形成的固液界面对流换热计算表达式为：

q_s＝h_s(t_w-t_s) (2)；

式(2)中：q_s为滚筒传递至冷却水的热量，h_s为冷却水与滚筒内壁的对流换热系数，t_s为水温；t_w为流道表面温度；

S103：定义模拟边界条件；所述边界条件包括烘箱热源温度和风速，滚筒旋转速度和初始温度，入口处冷却水流速与温度；根据冷却水流量计算入口水速度v表达式为：

式(3)；中：Q为流量，A为中心压印滚筒进水管道入口的横截面积；

S104：定义冷却水、滚筒、空气域的材料属性；各材料属性包括密度、比热容以及导热系数；

S105：选择螺旋流道内冷却水的湍流模型以及有限元模拟的收敛算法；

根据截面形状对螺旋流道内冷却水边界雷诺数进行计算，分析螺旋流道内部冷却水的流动状态，计算表达式为：

式(4)中：l为流道横截面宽度，R为螺旋流道的公称半径；

螺旋管内雷诺数R_e的计算表达式为：

式(5)中：v、ρ、μ分别为冷却水的流速、密度与黏度系数，d为螺旋流道截面的特征长度；

确定螺旋流道内流体状态，由ReRe_bd判断螺旋流道内流体状态为湍流；进一步,选择螺旋流道内冷却水的湍流模型；

步骤二、计算滚筒截面温度分布以及滚筒表面轴向最大温差，以温差最小为优化目标，采用单因素法优化入口流速；在最优入口流速下，采用田口法优化流道结构，选出使滚筒表面轴向温差最小的流道结构参数作为优化结果；

S201：通过有限元模拟获取滚筒表面温度分布曲线和轴向最大温差；以降低轴向最大温差为目标，采用单因素法优化入口流速，选出最优的冷却水入口流速；

S202：在最优的冷却水入口流速条件下，采用田口实验设计方法优化螺旋流道结构参数，选出使滚筒表面轴向温差最小的流道结构。

2.根据权利要求1所述的一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法，其特征在于，步骤S102中：建立一个具有n–1个热风入口的空气域，假设印刷色组数为n，定义该空气域烘箱出口吹风速度与温度，作为滚筒的热载荷。

3.根据权利要求1所述的一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法，其特征在于，所述的流道结构参数包括螺旋流道螺距、流道截面高度、流道截面宽度。

4.根据权利要求1所述的一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法，其特征在于，湍流模型选用剪切应力输送k-omega模型进行数值模拟；所述收敛算法选择耦合算法求解器对计算对象进行稳态求解。

5.根据权利要求1所述的一种柔印机中心压印滚筒水冷流道结构的优化方法，其特征在于，入口流速选择为0.8m/s、1.5m/s、2m/s、3m/s、5m/s。