Page 118 - 《橡塑技术与装备》2025年10期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

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流延辊，结构如图 2 所示，包括外辊筒、内辊筒、 置热通量为 20 000 W/(m ·K)；冷却水流量为 25 m /h，
中心轴、导流板、端盖以及冷却水流道，导流板为固 温度为 303 K，辊转速为 23.5 rpm，湍流模型选择标
定厚度的钢片，通过焊接固定在内辊筒上，外辊筒通 准 k-ε 模型。冷却水与辊体接触表面采用耦合传热。
过热套紧密贴合在内辊筒上，冷却水在辊筒内的流动 模拟类型为稳态。
方式为双向流动。 该辊所冷却的薄膜幅宽为 1 500 mm，因此取该
幅宽下的辊面作为表征温度均匀性的样本，为了减少
计算误差对温度均匀性结果的影响，取表征样本上温
度标准差作为最终结果，温度标准差越小，辊面温度
越均匀。

2 计算结果分析
2.1 实验设计
常见流延辊内的导流板螺旋导程是相等的，使得
螺旋流道入口部分和出口部分是一样大的，本文提出
一种螺旋结构改进方法，使相邻导流板的螺旋导程不
图 2 流延辊结构示意图
相等，从而使螺旋流道呈现入口部分大、出口部分小
为了减少计算时间，去除大部分辊体外不影响传
的形状特征。以四流道流延辊为例，共有四条导流板，
热的冷却水区域，为了避免冷却水区域在两端形成尖
相间的导流板螺旋导程相同，因此将导流板分为 A、
角导致网格畸形，保留少部分辊外的流体作为辊内流
B 两组，如下图 4 所示，A 组导流板螺旋导程为 400
道的出入口，并且端盖不直接参与传热，因此将端盖
mm，B 组导流板螺旋导程为 386 mm，得到的流道沿
也忽略，简化后几何模型如下图 3 所示，流道螺旋导
冷却水流动方向横截面积逐渐减小，定义流道入口部
程为 400 mm、螺旋长度为 1 800 mm。
分弧度 θ 1 与出口部分弧度 θ 2 如下图 5 所示，由此得
到的流道 θ 1 /θ 2 为 2:1。

图 3 几何模型
1.2 仿真模型
流延辊的材料为钢，冷却介质为水，材料物性参 图 4 结构改进后螺旋流体几何示意图
数如下表 1 所示。
表 1 材料属性
密度 比热容 导热系数
材料 . -3 -1 -1 黏度 /(Pa·s)
/(kg m ) /[J·(kg·k) ] /[(W·(m·k) ]
钢 8 030 502 16.27
水 998 4 182 0.60 0.001 003
图 5 出入口部分弧度定义
工厂在将加热辊正式装机应用前，会单独在辊内
通入热水，并使辊与空气进行充分的对流换热，通过 通过不同螺旋导程挡板的组合可以得到不同 θ 1 /θ 2
测量辊面的温度差来判断辊的温度均匀性是否满足生 的流道形状，取 θ 1 /θ 2 为变量，在其他条件不变的情况
产要求。参考该方法，建立下述表征温度均匀性的仿 下，分别取弧度之比为 1:1、 6:5、 4:3、 3:2、 2:1 和 3:1，
真模型。 在不同变量值下得到辊面温度标准差。
通过在辊面设置热通量来模拟空气与辊面的对流 2.2 模拟结果及分析
换热，并且为更明显地表现辊面温度均匀性，辊面设 下表 2 为不同 θ 1 /θ 2 时辊面表征样本上温度标准差

·66· 第 51 卷 第 10 期