朱冬梅等：彩涂板涂层分布均匀性的分析 。91* 层厚度O.Hewson等采用有限元方法分析溶液流动 成正比，墨辊对滚速度越大，油墨在墨区交界处受到影 的特征，验证了Kapur的实验方法的正确性，研究发现 响的区域也成增大趋势. 辊速、辊间压力、辊间角度等因素都会影响涂层厚度和 本文通过FLUENT软件建立有限元模型，基于 涂层稳定性5-刀.Ascanio等利用微型压电器装置测量 CFD数值计算理论，分析涂料盘的工艺参数对涂料的 辊间的压力分布，结果表明：辊间压力过小，会引起油 起泡性和涂层均匀性的影响：同时，也可为彩涂板实际 雾的产生，从而引起油膜破裂和空气混入等情况的产 生产过程中涂料的转移率、涂层厚度分析等相关内容 生，导致涂敷过程的不稳定网.因此，辊间压力需要很 提供参考依据. 大才能保证辊涂的稳定性和避免油雾的产生.国内外 1 带料辊空转时基本参数的设定 学者均是通过理论研究或者实验来研究涂层均匀的影 响因素，而没有通过C℉D仿真流体软件对彩涂板涂料 带料辊与涂料直接接触，将涂料从涂料盘中带出， 运动流场进行研究.文献P]和0]用CFD软件模拟 因此，带料辊上涂层均匀性是影响彩涂板质量的直接 分析了胶印机输墨系统油墨流动特性，主要对影响墨 因素，如图1所示.同时，考虑到计算机配置和时间安 斗辊和两墨辊对滚油墨流场的参数进行了仿真计算， 排，需对模型进行简化，只分析带料辊空转时的情况， 结果表明墨斗辊旋转速度的大小与流出墨斗的速度值 以减少模型复杂度和网格数，加快计算速度，提高效率. 钢板 (a) 向 1一涂料盘：2一带料辊：3一涂敷辊：4一控制辊：5一支持辊：6一转向辊 图1辊涂法示意图.(a)单张辊涂：(b)连续辊涂 Fig.I Roll coating method:(a)single sheet coating:(b)continuous coating 1.1几何模型与网格划分 利用网格处理软件Gambit建立漆盘模型，生成网 根据某钢厂所提供涂料盘的尺寸建立模型，涂料 格如图3所示.由于网格的质量好坏直接影响到数值 盘长度为L,宽度为W,高度为100mm,在涂料盘本体 计算的精度因，所以对几何模型主要使用结构网格 上部设有两个涂料圆管进口，进口管半径为20mm,进 来划分，其他形状不规则部分采用非结构网格 口位置距中心距离为M,在涂料盘下部设有两个溢流 口，溢流口半径为30mm,出口位置距中心距离为N. 涂料盘里涂料高度设置为H,涂料进口速度为，中间 部分为简化的带料辊模型，其长度为1200mm,半径为 100mm,带料辊旋转线速度为t,其几何模型如图2 所示. 中 图3涂料盘的网格模型 Fig.3 Grid model of lacquer plate 1.2计算模型与参数设置 图2涂料盒的几何模型 Fig.2 Structure of lacquer plate VOF模型主要适用于有清晰的相界面的流动，且 各相之间互不渗透B日，对于本模型中空气和涂料两朱冬梅等: 彩涂板涂层分布均匀性的分析 层厚度［4］． Hewson 等采用有限元方法分析溶液流动 的特征，验证了 Kapur 的实验方法的正确性，研究发现 辊速、辊间压力、辊间角度等因素都会影响涂层厚度和 涂层稳定性［5 － 7］． Ascanio 等利用微型压电器装置测量 辊间的压力分布，结果表明: 辊间压力过小，会引起油 雾的产生，从而引起油膜破裂和空气混入等情况的产 生，导致涂敷过程的不稳定［8］． 因此，辊间压力需要很 大才能保证辊涂的稳定性和避免油雾的产生． 国内外 学者均是通过理论研究或者实验来研究涂层均匀的影 响因素，而没有通过 CFD 仿真流体软件对彩涂板涂料 运动流场进行研究． 文献［9］和［10］用 CFD 软件模拟 分析了胶印机输墨系统油墨流动特性，主要对影响墨 斗辊和两墨辊对滚油墨流场的参数进行了仿真计算， 结果表明墨斗辊旋转速度的大小与流出墨斗的速度值 成正比，墨辊对滚速度越大，油墨在墨区交界处受到影 响的区域也成增大趋势． 本文 通 过 FLUENT 软 件 建 立 有 限 元 模 型，基 于 CFD 数值计算理论，分析涂料盘的工艺参数对涂料的 起泡性和涂层均匀性的影响; 同时，也可为彩涂板实际 生产过程中涂料的转移率、涂层厚度分析等相关内容 提供参考依据． 1 带料辊空转时基本参数的设定 带料辊与涂料直接接触，将涂料从涂料盘中带出， 因此，带料辊上涂层均匀性是影响彩涂板质量的直接 因素，如图 1 所示． 同时，考虑到计算机配置和时间安 排，需对模型进行简化，只分析带料辊空转时的情况， 以减少模型复杂度和网格数，加快计算速度，提高效率． 1 "涂料盘; 2 "带料辊; 3 "涂敷辊; 4 "控制辊; 5 "支持辊; 6 "转向辊 图 1 辊涂法示意图． ( a) 单张辊涂; ( b) 连续辊涂 Fig． 1 Roll coating method: ( a) single sheet coating; ( b) continuous coating 1. 1 几何模型与网格划分 根据某钢厂所提供涂料盘的尺寸建立模型，涂料 盘长度为 L，宽度为 W，高度为 100 mm，在涂料盘本体 上部设有两个涂料圆管进口，进口管半径为 20 mm，进 口位置距中心距离为 M，在涂料盘下部设有两个溢流 口，溢流口半径为 30 mm，出口位置距中心距离为 N． 涂料盘里涂料高度设置为 H，涂料进口速度为 vi，中间 部分为简化的带料辊模型，其长度为 1200 mm，半径为 100 mm，带料辊旋 转 线 速 度 为 v，其 几 何 模 型 如 图 2 所示． 图 2 涂料盒的几何模型 Fig． 2 Structure of lacquer plate 利用网格处理软件 Gambit 建立漆盘模型，生成网 格如图 3 所示． 由于网格的质量好坏直接影响到数值 计算的精度［11 － 12］，所以对几何模型主要使用结构网格 来划分，其他形状不规则部分采用非结构网格． 图 3 涂料盘的网格模型 Fig． 3 Grid model of lacquer plate 1. 2 计算模型与参数设置 VOF 模型主要适用于有清晰的相界面的流动，且 各相之间互不渗透［13 － 15］，对于本模型中空气和涂料两 ·91·