精品便携式烘干机的设计及仿真本科毕业论文文档格式.docx
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年月日
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毕业设计（论文）题目：
便携式烘干机的设计
1.课程性质（请在相应的选项上打勾）□纵向课题□已签约的横向课题对未签约的横向课题□实验室建设课题□模拟性课题□学生自选人文课题
2.课题类型（请在相应的选项上打勾）□工程设计（实践）□理论研究□实验研究□计算机软件设计√综合
一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）
1、了解便携式衣服烘干机的结构和工作原理；
2、调研收集分析有关资料，进行烘干机总体设计；
3、进行烘干机的详细设计，建立零件的三维模型；
4、对烘干机进行流场仿真；
五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:
1、吴光中,宋婷婷,张毅编著，FLUENT基础入门与案例精通[M]；
电子工业出
2、洪如瑾，UGNX4CAD快速入门指导[M].北京：
清华大学出版社，2006.12
3、周俊波,刘洋等编著；
FLUENT6.3流场分析从入门到精通[M].；
机械工业出版社2012.01
4、成大先.机械设计手册（第五版）（第4卷）[M].北京：
化学工业出版社，2008.4
5、成大先.机械设计手册（第五版）（第5卷）[M].北京：
系（教研室）主任：
（签章）年月日
学院主管领导：
（签章）年月日
摘要
随着科学的进步，人类文明不断进入新境界，家庭电气化已经成为人类进步的标志。
在我国南方以及国外一些气候比较潮湿的地域，衣物洗涤后往往几日内都不能干燥，然而这时候人们衣服换洗勤快，而衣服又没干的时候，这时候人们面临了没有衣服可换的尴尬。
人们可谓是深受其害，这时候，干衣机的出现，在一定程度上缓解了人们对于这种事情的困难，更是给生活在潮湿环境中的人们带来了极大的便利。
它既能快速方便的烘干衣物，免除晾晒的麻烦，又可不为连绵阴雨季节、衣物难晾晒、晾衣控件小而烦恼。
干衣机在日本以及西方发达国家也已经比较普及。
据了解，在日本有70%以上的家庭干衣机是和洗衣机是和洗衣机配套使用的。
在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如同其他家电和工业设备一样，随着人们生活水平的提高，社会的需求也会随之越来越高。
本文以便携式烘干机为研究对象，通过调查采用市面上所流通的便携式烘干机所提供的各项数据指标，进行设计。
主要设计方向是利用GAMBIT建模，并且利用FLUENT软件对衣物的烘干过程进行仿真模拟。
关键词：
便携式烘干机；
非定常流动；
气液三相流；
GAMBIT；
Fluent。
Abstract
Withtheprogressofscienceandhumancivilizationintoanewrealm,domesticelectrificationhasbecomeasymbolofhumanprogressinsouthernChinaandsomeforeignclimatehumidarea,usuallywithinafewdayscandryafterwashingclothes,butatthattimepeopleclothesoften,butwhennodryclothesagain,atthattimepeoplefacedtheembarrassmentofnoclothescanchangepeopleissuffering,atthistime,theemergenceofaclothesdryer,toacertainextent,easethedifficultyofthiskindofthingforpeople,especiallyforpeoplelivingindampenvironmenthasbroughtgreatconvenienceitcandrytheclothesquicklyandeasily,fromairbasksintrouble,don'
tagainforthecontinuousovercastandrainyseasondifficulttodryclotheswashingcontrollittlebotherdryerhasalsoispopularinJapanandthewesterndevelopedcountriesisreported.
Basedonportabledryersastheresearchobject,throughasurveyusingthecirculationonthemarketofportabledryerprovideddataindex,designmaindesigndirectionistouseGAMBITmodeling,anddryingprocessofclothestomakeuseofFLUENTsoftwaresimulation.
Keywords：
Portabledryer;
Unsteadyflowdynamic;
Gasandliquidphaseflow;
TheGAMBIT;
Fluent.
第1章绪论
随着科学技术的不断进步，人类世界的文明不断攀如新的境界，家庭电气化时代已经成为人类文明与技术进步的标志。
但是在我国的南方以及国外一些气候较为潮湿的地域，衣物经过洗涤后常常在之后的几天内都不能干燥，然而若是在这个时候人们新城代谢加快，衣服换洗比较勤快，而衣服又没干的时候，不可能去重新买一件新的衣服的时候，人们可能就面临了没有衣服可换的尴尬。
对此，人们可谓是深受其害，也就在这个时候，干衣机的出现，在很大程度上缓解了人们对于这种尴尬事情的困难，更是给生活在潮湿环境中的人们带来了极大的便利。
它既能快速方便的烘干衣物，免除晾晒的麻烦，又可不为连绵阴雨季节、衣物难晾晒、晾衣空间小而烦恼。
干衣机在日本以及西方发达国家的普及程度也比较高。
据调查了解，在日本有70%以上的家庭干衣机是和洗衣机是和洗衣机配套使用的，这些国家的人们往往在洗完衣服后就用烘干机烘干，整个洗衣到烘干的过程只需要一个多小时，方便快捷。
在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，干衣机的使用也越来越普遍，可以说干衣机对于国内一些地区的人们来说如同其他家电和工业设备一样，随着人们物质生活水平的提高，社会的需求也会随之越来越高。
1.1毕业设计的目的及其意义
干衣机的出现和普及使得人们在很大程度上缓解了人们对于阴雨连绵天气、生活与潮湿干冷地区的人们无法及时晾晒衣物的痛苦。
便携式烘干机以其小巧、便携、方便、快速等特点，广受人们的喜爱。
其各种特性导致了其在市场上有着广大的市场需求，了解市场需求的企业才能在残酷的市场竞争中立于不败之地，设计一款新型的便携式烘干机的理念便是由此而来，不仅仅是方便客户，也是市场竞争的重要筹码。
本文的意义：
（1）建立仿真用烘干机模型，以多面定义完成我们对于仿真的需要。
（2）具体使用GAMBIT建立模型，并运用FLUENT软件对于建立模型的烘干过程进行模拟，使得我们能够客观的对于仿真过程中能否客观的实现对衣物的短时间内烘干有一个具体的认识。
（3）了解并运用非定常流动和两相流、三相流的方正操作
（4）熟悉GAMBIT的建模和FLUENT的建模，使得我们对于将来对于各种数据模型的仿真和计算，有较为广泛的认知。
1.2国内外研究现状及问题
1.2.1烘干机的应用与作用
烘干机是一种多用途的干燥设备，能够为众多行业提供可靠可行的烘干条件，使用非常广泛。
由于其设备原理简单，机构简洁易于制造，被国内外很多的厂家所制造。
烘干机使用的广泛性导致了它在各个领域都有不懂类型的烘干机，具体有沙子烘干机、煤泥烘干机、褐煤烘干机、滚筒烘干机、转筒烘干机、矿业烘干机、粮食烘干机等等，覆盖了农业、工业、化工、冶金和矿山等等多个行业。
不同的领域对于烘干机的要求也不相同，从其应用的领域来看大致可以用以下几个标准来衡量。
一、按被烘干武器状态分类：
可以分为块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、液体或浆状物料干燥等，在许多情况下，物料的原始状态决定选择烘干机或烘干设备的型式。
二、按使用干燥介质的种类分类：
对流换热可以分为空气、烟道气、过热蒸汽、惰性气体为干燥介质的烘干设备。
传导传热可分为导热油、热水、蒸汽等。
三、按烘干机操作压力分：
可分为常压式和真空式两类烘干设备。
常压烘干设备的传热可以采用任何一种或几种型式同时传热，而真空干燥设备的特点是以传导传热和辐射传热居多，而且多数以间歇生产方式为主，真空干燥设备主要处理热敏性物料和有溶剂回收的物料。
四、按烘干机给热量方式分类：
按烘干设备给热方式可以分为对流加热干燥设备、传导加热烘干设备、其它（辐射加热、高频加热）以及多种传热方式的烘干机设备等。
五、按烘干机的结构分类：
按烘干设备的结构可以分为喷雾干燥设备、流化床干燥设备、气流烘干机设备、回转滚筒烘干机、各种箱式烘干机、带式烘干机等。
六、按烘干机设备操作方式分类：
按烘干机设备操作方式可分为间歇操作和连续操作两类。
1.2.1国内外现状
伴随着我国经济的飞速发展，产生了一些需要快速烘干的产品，烘干机也就在这样的潮流下应运而生。
烘干机的结构简单，原理易懂，被国内的许多厂家生产。
但是调查研究后发现我国国内的各种烘干机生产厂家良莠不齐，一些企业起点高，坚持走科技发展之路，对行业的发展起到推动作用；
但是其中也有一些投资少，技术含量较低的“杂牌军”，以大量低质、低价格的设备占据市场，不仅影响了行业的整体形象，更加引起了国内烘干机价格的“内讧”，从而产生价格战，导致企业的恶性竞争，在很大程度上造成了该行业的利润流失。
烘干机行业内缺少巨头，也就是俗称的“带头大哥”，产品种类少。
我国生产烘干机设备的厂家虽然数目众多，但是生产规模较大的企业却寥寥无几。
另外，我国生产的烘干机设备的种类仅为国外的30%-40%。
虽然一些国内的设备已经替代井口产品，但是由于其产量问题，圆圆不能满足市场的需求；
产品结构太过太低，高端的烘干机设备只能从国外进口，但是价格却是相当于国外的三倍，造成了大量的经济损失。
产品生产太过低端，目前我国主要的烘干机产品只能占领中低端市场，随着国外的高端技术产品的流入，我国的烘干机行业同时也将面临着巨大的生存和竞争压力。
国内的产品技术开发能力较弱，我国烘干机设备的创新能力太过低下，能够推出自助知识产权的新技术、新产品的企业数量不多，这是我国烘干机技术发展较为缓慢的主要原因。
一直也来，我国对于烘干机设备生产的企业研发投入少，或者根本就没有投入；
新产品开发力度小，品种少，大多维持相互仿制的状态。
在行业自律中发挥积极作用、有较强的综合实力，能推动行业发展的企业少。
国内的烘干机技术落后，并且对环境污染较大。
烘干引擎落后噪声很大，并且冷凝液体不能得到很好地回收利用，造成了资源的浪费，而且冷凝液体的外流对环境的污染较为严重。
1.3主要研究内容与要求
1.本文主要根据烘干机的特点，工作环境，工作原理和总体的参数设置进行箱体的设计，烘干机箱体进行改良修正，实现烘干机对衣物烘干的效果。
2.调研课题，查阅相关资料，撰写开题报告，翻译外文文献，根据市场所调查的各种参数来设计箱体模型。
3.然后利用FULENT对设计的箱体进行模拟仿真，给选配吹风机提供理论依据。
第2章便携式衣物烘干机的设计
2.1便携式衣物烘干机的工作原理
烘干机工作时，先将湿衣服甩至不再滴水为止，打开可出气端的布盖子，将衣服塞入密封袋，之后盖上布盖子，并拉好拉链。
用密封袋的进气口套住热风机的出风口，然后用密封袋口部自带的易粘带把进气口与热风机的出风口扎紧在一块儿。
把热风机插上电源，并打开开关，拨到烘干档。
热风机开始工作，把干燥的40-50摄氏度的热空气，源源不断的由密封袋的进口吹入。
2.2总体设计
本次毕业设计的理念的便携式烘干机，主要的特点突出在便携的特点上。
因此，我们选用的材料和设计的结构都应该是可以收缩折叠型的型材。
首先将烘干机的模型简单化如图2.1所示：
1透气孔，2带拉链的布盖子，3不透气的袋体，4易粘带，5进气端，6出气端，7出风口，8风机体，9进风箱，10档位开关
图2.1
该设计的便携式烘干机由热风机和密封袋两个部分组成，热风机要求是的三档位调速热风机，使用普通220V市电压，热风机的前两档可以和普通的吹风机一样用于吹头发，第三档增加风速降低温度（40-50摄氏度），以达到快速烘干且不损害被烘干衣物的效果。
热风机由出风口7、风机体8、进风箱9和档位开关10组成。
密封袋由透气孔1、带拉链的布盖子2、不透气的袋体3、易粘带4，进气端5和出气端6组成，透气孔1位于带拉链的布盖子2上，带拉链的布盖子2、出气端6位于不透气的袋体3的前端，易粘带4、进气端5位于不透气的袋体3后端；
密封袋是一个长筒状袋体，袋体由无纺布制成内面覆盖有塑料膜以达到密封效果。
密封袋的进气端5是一个带有易粘带4的口，它可以套在热风机的出风口7上，并且可以使用易粘带4将袋口扎紧，密封袋的出气端6是可透气的布盖子，上面有拉链，将衣物放入后将拉链拉上。
2.3骨架的设计
烘干箱体的总体长宽高为50cm×
50cm×
90cm，考虑到要便于折叠和支撑起整个无纺布箱体，采用单面椭圆形结构，四面就形成了如图2.2所示图形。
图2.2
该材料为弹性可折叠塑胶型材可以扭曲、弯折，要求材料具有高弹性和高可塑性。
这种设计的好处是可以使用8字形对折的方法对此进行收缩，首先先将模型对折变成一个两面相对的椭圆形，然后再抓住椭圆的两头对扭一下，扭成8字形状后把上下两个圈对折，这样的话不仅能最大的利用空间而且可以把箱体压缩到一个很小的空间内大约只有一个半径为14cm高为6cm的圆柱体，然后可以收入收纳袋中。
收纳袋为30cm×
30cm×
7cm的袋体。
第一步如图2.3所示，将袋体拍平，因为材料为高弹性的软体材料，所以材料可以呈现180度的对折，并且取消掉施加在上面的压力时，骨架会以很高的弹性，速度张开。
图2.3
第二步如图2.4所示握住袋体的两端旋转，朝8字形旋转。
图2.4
第三步将8字的两个圆朝对方相互弯折，也就是将图2.4中的两个圆对折，具体如图2.5所示
图2.5
这中折叠方式非常有助于压缩收纳袋体，但是有一点值得注意的是，将箱体从收纳袋中拿出来的时候一定要注意握住后再打开，由于材料属于高弹性可塑性材料，所以在失去对其的压缩力之后会形成反弹，将其握住后再打开可以防止弹伤。
2.4衣物钢架的设计
钢架结构由于较长，不易于携带，所以在本文中将其改为可折叠式样的钢架，钢架上有倒钩可以挂在箱体两边的盒子上。
如图2.6所示
图2.6
钢架是可以通过一个螺栓在一定角度内旋转，当角度旋转到180度是就可以挂在箱体内。
2.4.1衣物钢架的强度校核
衣物钢架的主要作用是用于悬挂衣物以方便更快的烘干衣物，如果钢架的强度不够的话可能会造成钢架断裂，这是使用者和设计者都不愿意看到的情况，所以在设计之初我们要对钢架的强度进行一下校核，以达到我们需要的标准
和钢板之间的差别，我们选择使用Q235-B热轧钢板。
钢板的参数条件：
组合后长度470cm，厚度3cm，宽度8cm。
按照材料力学的定义，对构件材料强度进行计算时，考虑力学模型与实际情况的差异，构件必须处于一个合适的强度范围内，对于由一定材料所制成的具体构件，我们需要对其具体的定义一个最大的许用值，而这个最大的许用值就是我们所说的需用应力，为了保证收到拉力的钢架在工作时不变形失效，则必须满足：
（2.1）
由于考虑到我们的设计理念，我们在这里把钢条设计成一个长条形矩形零件，则它应该满足：
（2.2）
是表示钢条所能承受的最大的拉应力，我们不妨考虑一下一件脱水后的衣服有多重，那一个烘干机的箱体又有多大，通过笔者的实验所得，一件冬天穿的毛呢大衣重约1kg，而脱水后的毛呢大衣是其干燥时候的三倍，而一个长宽仅仅有50cm的空间只能放入3件这种大衣。
换个角度，我们来看看夏天穿的衬衫，重量只有0.3kg，能放入6件，但是总的质量却比不上使用毛呢大衣，既然是要算出最大的拉应力，我们就不妨使用毛呢大衣。
其所能提供的最大拉应力为
。
表示钢条的横截面积，计算可得。
根据上述公式可以算得：
查询相关冶金手册可以得出在厚度为3cm的Q235-B热轧钢板的最大需用应力。
相比较之下我们不难发现远远满足了条件，所以证明初设计是可行的。
2.5箱体设计
利用骨架支撑起整个箱体，在风机鼓入风之后，内部压强增大，就能够使得在挂了衣服的情况下，衣服的重量不至于压垮由软性材料制作的骨架。
箱体四周的无纺布有两个相对应的口袋，用于悬挂钢架，钢架上有倒钩可以挂住在无纺布的口袋上，这样就可以使得衣服能悬挂在钢架上进行烘干，烘干效果更佳。
如图2.7所示
图2.7
在箱体的一面上有一个风机的入口，烘干机可以将口套在入口处，然后用易粘带黏住这样就可以防止烘干过程中烘干机脱落。
在箱体的上面有一个带拉链的布盖子，将布盖子打开就可以把衣服放进去，然后在通电源就可以对衣物进行烘干。
箱体参数：
外形尺寸50cm×
90cm
折叠尺寸15cm×
15cm×
7cm
装袋后尺寸15cm×
总重量2kg
总体设计后的体积比一个CD盒差不多大小完全符合了我们设计便携式烘干机的最初设计理念。
2.6烘干机的选择
本文所述的烘干机虽然在平时可用作吹分机使用，但是和一般吹分机却是不同，烘干机要求三档调速，为了符合绿色低碳的设计理念，笔者在这里将烘干机的模型设定为吹风机的模型，烘干机的前两档温度较高，风力较弱，可以在平时不烘干衣物时当做吹风机使用。
这样就不仅能为消费者节省支出，也为企业创造了一个吸引眼球的亮点。
衣物的烘干不同于吹头发，所以调到第三档的时候，温度调低、风速调快。
究其原因，如果一味的追求温度的话，衣物可能会发黄，这样会损坏衣物，如果温度低，风速过慢的话，可能会造成烘干衣物的时间过长，或者衣物的烘干不彻底，给使用者带来不便，我们所要求的设计理念是要求在30-60分钟之内烘干衣物，同时时间如果过长的话也太过浪费时间和与设计理念不符。
所以我们要在具体仿真结束后才能具体知道烘干机烘干衣物时所要达到的温度和风力速度。
吹分机若要满足我们的设计理念，前两档用于吹头发，第三档用于烘干，可以将位于其风机体前端的风嘴旋转而下，为其套上一个专用的风嘴，这样就可以有效防止被箱体入风口套住的时候在工作时。
套嘴如图2.8所示
图2.8
由于仿真需要我们需要假设吹分机的初始仿真参数：
最大功率：
2200W
烘干功率：
1200W
吹风机档位：
3档
风嘴样式：
集风嘴，散风嘴（设计）
最大风速（烘干风速）：
8-10
吹风机功能：
吹发，烘干，杀菌。
第3章烘干机内部流场数值计算
3.1流场数值仿真理论
计算流体动力学可以作为流动方程包括质量守恒方程，动量守恒方程，控制下的能量守恒方程的流场数值模拟。
通过数值模拟和仿真，可以了解极其复杂的内部流场各个部分的基本物理量（如速度，温度，压力，浓度）分布，以及这些物理量随时间的变化，电涡流的分布特性，分离区的空化特性和流动。
我们也可以根据它来找出其他的物理量，如旋转流体机械，液压的损失和效率。
此外，结合CAD，能结构优化设计。
完整的计算流体动力学方法系统，传统的理论分析方法和实验测量方法三组成的流体力学问题，如图3.1所示的流体力学特性之间的关系的三个示图。
图3.1
理论分析的方法的优点是它的普遍性的结果，许多其他因素清晰可见，它是指导和实验验证数值计算方法的理论基础研究。
然而，它通常需要对需要计算的对象进行才抽象化和简单化，这样才是有可能计算的理论值。
对于非线性问题，只有很少的流量可以计算分析结果。
3.1.1连续介质的概念
气体与液体都属于流体，从微观的角度看，无论是气体还是液体，分子间都存在间隙，同时由于分子的随机运动，导致流体的质量在空间上的分布是不连续的，而且任意控件点上流体物理量相对时间也是不连续的。
但是从宏观角度考虑，流体的结构和运动有表现出明显的连续性和确定性，而流体力学研究的正是流体的宏观运动。
在流体力学中正是用宏观流体模型来代替微观有间隙的分子结构。
流体的密度定义为：
（3.1）
式中——密度
——质量
——体积
由于流体是非均匀材质的流体，对于其流体中任意一点的密度我们可以定义为：
（3.2）
在式（2.2）中，是摄像的一个最小的体积，为了使密度统计平均值（）有确切的意义，在内需要包含足够多的分子。
这个就被称为流体质点的体积，所以实质上流体质点上的密度就就是连续介质中抹一点的流体密度。
同样，连续介质中某一点流体质点的质心速度就是的流体速度值在某瞬时质心在该点的。
不仅如此，控件任意点上的流体物理量都指位于该点上的流体质点的物理量。
3.2控制方程
不同的情况下我们要对仿真的条件进行抽象化和简单化，对于本文的仿真，我们需要对下列条件进行一列的假设，以达到我们仿真的条件。
（1）彻体力不予考虑；
（2）热辐射的影响不予考虑；
（3）烘干机内部考虑非定常流动；
所有流动和传热过程都需要遵守最基本的物理守恒定律
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