工程科学学报，第37卷，增刊1：90-97,2015年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,Suppl.1:90-97,May 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.s1.015:http://journals.ustb.edu.cn 彩涂板涂层分布均匀性的分析 朱冬梅”，董栗明”，刘国勇”四，王宽宽”，王蕾》，张少军” 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)上海大众汽车（新疆）有限公司，乌鲁木齐市830022 区通信作者，E-mail:iu666@usth.cdu.cn 摘要基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值方法VOF(Volume of Fluid)模型，利用FLUENT软件对彩涂板生产过程 中带料辊空转的情况进行了数值模拟，研究了带料辊旋转速度、涂料盘内的涂料量、涂料盘的尺寸、进出口位置以及涂料进口 的速度对涂料起泡性和涂层均匀性的影响.数值结果表明，对生产彩涂板来说，带料辊旋转速度越大，涂层的均匀性越差；涂 料盘里的涂料高度越高，涂料较容易发生起泡现象：涂料盘长度和宽度越大，涂层的均匀性相对越好：涂料进口速度越大，涂 料的起泡性越强：涂料盘进、出口位置也会对涂层均匀性造成影响 关键词彩涂板：带料辊：均匀性：非牛顿流体：数值模拟 分类号T0062·.1 Analysis on the uniformity of coatings of color-coated sheet ZHU Dong-mei,DONG Li-ming),LIU Guo-yong,WANG Kuan-kuan,WANG Lei,ZHANG Shaojun) 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Shanghai Volkswagen Xinjiang Branch,Urumqi 830022,China Corresponding author,E-mail:gy_liu666@ustb.edu.cn ABSTRACT Basing on the Volume of Fluid (VOF)model of Computational Fluid Dynamics (CFD),the 3-D numerical simulation of the idling furnish roll in the producing process for color-coated sheet was performed with the FLUENT software.And the effects of some parameters on the uniformity of coatings were analyzed,such as the rotation speed of furnish roll,the amount of lacquer in the plate,the size of lacquer plate,the inlet and outlet locations of lacquer plate and the inlet velocity of the lacquer.For producing the color-coated sheets,numerical results show that the uniformity of coatings becomes worse as the rotation speed of the furnish roll in- creases:the higher the lacquer height in the plate is,the easier it emerges foams:the uniformity of coatings becomes better as the length and width of lacquer plate increase:the ability of producing the foams becomes stronger as the inlet velocity increases;the inlet and outlet locations of lacquer plate also influence the uniformity of coatings KEY WORDS color-coated sheet:furnish roll;uniformity:non-Newtonian fluid:numerical simulation 由于传统钢板轻质度、美观度、强度及耐腐蚀性能 敷辊上，然后涂敷辊再将涂料涂在预处理后的钢板的 越来越不能满足日益发展的市场需求，所以在1927年 上、下表面四.某钢铁公司在彩涂板的生产过程中，发 钢铁行业产生了一种新型的金属材料一彩涂板.它 现在涂料盘中有大量的气泡产生，这会对彩涂板的质 不仅保留了钢板的传统优良性能，而且钢板更易成型， 量造成很大的影响.国内对彩涂领域内辊涂设备缺乏 色泽新颖，还提高了其机械强度、美观度Ⅲ 深入系统的研究，而国外专家对辊涂过程做了大量的 目前彩涂板生产中最成熟且应用最广的涂装方法 研究，Kapur采用基于毛细边界条件的雷诺方程理论 是辊涂法冈，其工艺流程是带料辊将涂料从涂料盘中 较好地模拟了棍涂过程，研究发现辊速、辊径和溶液的 带出，经过与涂敷辊的啮合，把涂料从带料辊转移到涂 属性等参数会影响两辊间溶液的流动，从而影响了涂 收稿日期：20150105工程科学学报，第 37 卷，增刊 1: 90--97，2015 年 5 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，Suppl． 1: 90--97，May 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． s1． 015; http: / /journals． ustb． edu． cn 彩涂板涂层分布均匀性的分析 朱冬梅1) ，董栗明1) ，刘国勇1) ，王宽宽1) ，王 蕾2) ，张少军1) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 上海大众汽车( 新疆) 有限公司，乌鲁木齐市 830022 通信作者，E-mail: gy_liu666@ ustb． edu． cn 摘 要 基于 CFD( Computational Fluid Dynamics) 数值方法 VOF( Volume of Fluid) 模型，利用 FLUENT 软件对彩涂板生产过程 中带料辊空转的情况进行了数值模拟，研究了带料辊旋转速度、涂料盘内的涂料量、涂料盘的尺寸、进出口位置以及涂料进口 的速度对涂料起泡性和涂层均匀性的影响． 数值结果表明，对生产彩涂板来说，带料辊旋转速度越大，涂层的均匀性越差; 涂 料盘里的涂料高度越高，涂料较容易发生起泡现象; 涂料盘长度和宽度越大，涂层的均匀性相对越好; 涂料进口速度越大，涂 料的起泡性越强; 涂料盘进、出口位置也会对涂层均匀性造成影响． 关键词 彩涂板; 带料辊; 均匀性; 非牛顿流体; 数值模拟 分类号 TQ062 + . 1 Analysis on the uniformity of coatings of color-coated sheet ZHU Dong-mei 1) ，DONG Li-ming1) ，LIU Guo-yong1)  ，WANG Kuan-kuan1) ，WANG Lei 2) ，ZHANG Shao-jun1) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Shanghai Volkswagen Xinjiang Branch，Urumqi 830022，China Corresponding author，E-mail: gy_liu666@ ustb． edu． cn ABSTRACT Basing on the Volume of Fluid ( VOF) model of Computational Fluid Dynamics ( CFD) ，the 3-D numerical simulation of the idling furnish roll in the producing process for color-coated sheet was performed with the FLUENT software． And the effects of some parameters on the uniformity of coatings were analyzed，such as the rotation speed of furnish roll，the amount of lacquer in the plate，the size of lacquer plate，the inlet and outlet locations of lacquer plate and the inlet velocity of the lacquer． For producing the color-coated sheets，numerical results show that the uniformity of coatings becomes worse as the rotation speed of the furnish roll in￾creases; the higher the lacquer height in the plate is，the easier it emerges foams; the uniformity of coatings becomes better as the length and width of lacquer plate increase; the ability of producing the foams becomes stronger as the inlet velocity increases; the inlet and outlet locations of lacquer plate also influence the uniformity of coatings． KEY WORDS color-coated sheet; furnish roll; uniformity; non-Newtonian fluid; numerical simulation 收稿日期: 2015--01--05 由于传统钢板轻质度、美观度、强度及耐腐蚀性能 越来越不能满足日益发展的市场需求，所以在 1927 年 钢铁行业产生了一种新型的金属材料———彩涂板． 它 不仅保留了钢板的传统优良性能，而且钢板更易成型， 色泽新颖，还提高了其机械强度、美观度［1］． 目前彩涂板生产中最成熟且应用最广的涂装方法 是辊涂法［2］，其工艺流程是带料辊将涂料从涂料盘中 带出，经过与涂敷辊的啮合，把涂料从带料辊转移到涂 敷辊上，然后涂敷辊再将涂料涂在预处理后的钢板的 上、下表面［3］． 某钢铁公司在彩涂板的生产过程中，发 现在涂料盘中有大量的气泡产生，这会对彩涂板的质 量造成很大的影响． 国内对彩涂领域内辊涂设备缺乏 深入系统的研究，而国外专家对辊涂过程做了大量的 研究，Kapur 采用基于毛细边界条件的雷诺方程理论 较好地模拟了辊涂过程，研究发现辊速、辊径和溶液的 属性等参数会影响两辊间溶液的流动，从而影响了涂