论文总字数：22159字

摘 要

本文中的洗衣干衣机模型以西门子某型号为原型，剖析了它的结构组成和功能实现途径。采用UG三维实体建立洗衣干衣机烘干系统的模型，简化模型并在ICEM CFD中划分四面体网格，将画好网格的模型导入ANSYS Fluent中进行边界条件的设定和计算，最后将计算结果导入到CFD-Post后处理器中观察，对仿真结果进行分析，观察不同位置截面的温度场、流场、压力场分布，从理论角度分析其原因。本文主要关注于仿真结构的合理性及参数设置的合理性性，对设置的初始参数和模型进行分析。

经过对洗衣干衣机烘干系统的有限元仿真分析，得到了烘干系统的温度场、流场、压力场的分布，直观观察到温度不均、局部速度较高的现象，提出结构上的改进意见；通过改变离心风机转速获得温度场温差-转速之间的关系，发现转速在2000rmp时可以兼顾出口空气流速和温度，达到较好的烘干效果，并基于此提出合理设置参数的建议。

本文的创新之处是改变风机转速获得出口截面温差，模糊绘制温度场温差-转速关系图。

关键词：有限单元法，洗衣干衣机，划分网格，烘干系统

Analysis of the Drying System in a Washer-dryer

Wang Chen

Supervised by Lin Xiaohui, Chen Minhua

Abstract: In the research field, enhancing the efficiency of drying machine and optimizing the rationality of washer-dryers drying system is a big change now. Reducing energy consumption required for drying systems became the focus and investment in the industry. In order to enhance the drying efficiency washer-dryers and achieve energy saving and environmental protection, we need to know the temperature and flow field distribution of the various parts of the drying system to dry on the existing basis to optimize the system improvement. Washer-dryer models Siemens a prototype model, analyze its structure , composition and function . The use of three-dimensional solid modeling UG washer-dryers drying system, a simplified model and the division of tetrahedral mesh in ICEM CFD. It draws a good grid model into ANSYS Fluent in setting and compute boundary conditions, and finally the results imported into CFD-Post processors observation with simulation analysis results, from a theoretical point of view of its causes. This article focuses on the reasonableness and rationality parameters Simulation structure for setting initial parameters and models were analyzed. After washing and drying machine finite element simulation drying system to obtain the temperature field, flow field, pressure field distribution drying system, intuitive observed uneven temperature, the higher the speed of a local phenomenon, the structure improvements; temperature field obtained by varying the temperature difference between the centrifugal fan speed - the relationship between speed and found the speed at 2000rmp can take care of the outlet air velocity and temperature, to achieve better drying effect, and set the parameters of reasonable recommendations based on this. Innovation of this paper is to change the fan speed to obtain export sectional temperature, the temperature difference between the temperature field blur drawn - speed diagram.

Key words: Finite Element Method, washer-dryer, meshing, drying system

目 录

1 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1洗衣干衣机的由来 1

1.1.2干衣原理和分类 1

1.1.3研究意义 2

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容及目标 4

1.4 小结 4

2 有限单元法的基本理论 5

2.1有限单元法概述 5

2.1.1基本公式推导 5

2.1.2软件的应用 7

2.2空间问题的有限单元法 7

2.3有限单元法的应用 7

2.4本章小结 8

3 传热与流体流动的基本理论 9

3.1传热基本原理 9

3.2流体流动基本原理 9

3.3本章小结 10

4 洗衣干衣机烘干系统的有限元分析 11

4.1建立几何模型 11

4.1.1几何模型的组成 11

4.1.2模型简化 12

4.2划分网格 13

4.2.1结构化和非结构化网格 13

4.2.2非结构网格分类 13

4.2.3网格划分及结果 14

4.3基本属性与边界条件的设定与计算 14

4.3.1基本属性设定 14

4.3.2边界条件设定与计算 15

4.4仿真结果分析 16

4.4.1流场分析 16

4.4.2温度场分析 20

4.4.3风机转速对温度场的影响 21

4.5本章小结 23

5.1总结 24

致 谢 24

参考文献： 25

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1洗衣干衣机的由来

洗衣干衣机是在现有的全自动洗衣机基础上加入干衣机的功能，具有洗衣服、甩干、烘干三种功效于一体的全自动新型洗衣机。

在社会经济不断繁荣的今天，人们的生活质量在持续提高，对家电功能的需求也不断提高，各种电器产品已融入我们的生活，随着生活节奏的加快，将毛衣外套这些质地较好的衣服清洗和烘干成为问题，让很多人犯难的事情是：工作疲惫了一天，洗衣服太累了，晾衣服太耗费时间，在寒冷的冬天比较麻烦，在寒冷的天气烘干湿衣服时间长，洗衣干衣机的发明使这些问题不再。在欧美国家，因为每家的房屋住宅面积相对较大，他们大多分开购买洗衣机和干衣机。由于国内房主住宅面积相对较小，大多数家庭卫生间和阳台的空间有限，所以国内能多的使用洗衣干衣一体机。家用干衣机在日本及西方发达国家也已经比较普及。据介绍，在日本就有70% 以上的家庭干衣机是和洗衣机配套使用的[1]。在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如同其它家电和工业设备一样，随着人们生活水平的提高，也逐步产生了社会需求。

家用干衣机在日本及西方发达国家也已经比较普及。据介绍，在日本就有70% 以上的家庭干衣机是和洗衣机配套使用的[1]。在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如同其它家电和工业设备一样，随着人们生活水平的提高，也逐步产生了社会需求。

家用干衣机在日本及西方发达国家也已经比较普及。据介绍，在日本就有70% 以上的家庭干衣机是和洗衣机配套使用的[1]。在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如同其它家电和工业设备一样，随着人们生活水平的提高，也逐步产生了社会需求。

家用干衣机在日本及西方发达国家也已经比较普及。据介绍，在日本就有70% 以上的家庭干衣机是和洗衣机配套使用的[1]。在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如同其它家电和工业设备一样，随着人们生活水平的提高，也逐步产生了社会需求。

家用干衣机在日本及西方发达国家也已经比较普及。据介绍，在日本就有70% 以上的家庭干衣机是和洗衣机配套使用的[1]。在中国，尤其是在气候潮湿的南方地区，如同其它家电和工业设备一样，随着人们生活水平的提高，也逐步产生了社会需求。

家用干衣机在亚洲和欧洲、美洲等发达国家应用得已经比较普及。有数据表明，在欧洲有65%以上的家庭将洗衣机和干衣机机配套使用。在中国，尤其是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，也逐步产生了社会需求。

尽管洗涤和干燥机的发展非常快，已经逐渐成为一个重要的全国平均家电发展水平的重要指标，但许多问题仍有待解决。在克服这些问题同时，双缸洗衣机正在朝着更节能，安全的方向发展。具有成本效益的、高度可靠的趋势将引领洗衣干衣机的行业发展方向。相较于洗衣机、干衣机分开的模式，合成的洗衣干衣机存在效率低、污垢难除等问题。干衣机正朝着更节能、更安全、更高性价比、更高可靠性的方向发展。

1.1.2干衣原理和分类

离心风机高速旋转，产生负压，使得空气在外部大气压的作用下进入烘干流道，并沿着流道向下游流动。烘干流道内安置的加热管通电后，会不断向周围对流、辐射传热，使得流经加热管的空气温度升高。热空气经流道出口进入滚筒，加速滚筒内衣物水分的蒸发，从而达到干衣的效果。这便是洗衣干衣机的干衣原理了。

洗衣干衣机烘干功能开启后，被加热的气流在穿过衣服的表面带来高温，使加热的衣服表面的水分蒸发，然后被热气流带出烘干腔。使家用滚筒式烘干衣服的原则在快速加热模式下，通常用于有PTC加热器和电热丝取暖器的半导体材质，能通过湿度传感器自动判断衣物的湿度，根据衣物的湿度降低加热功率，提高能源节约、控制温度和防护作用，保证使用的安全性和可靠性。使用洗衣干衣机可以不受天气条件因素的影响，洗衣烘干衣服是很容易的。并且洗衣机和干衣机合为一体节省大量的空间，给使用的家庭带来极大的方便，是减少大面积的绿色家电，并可以在任何时间提供高效干燥衣物的服务。

不同类型的洗衣干衣机烘干原理各不相同，本课题研究的空冷式的烘干系统原理如下：首先，从洗衣干衣机滚筒中流出湿空气，带走滚筒中潮湿衣物的部分水分；然后，湿空气流经冷凝模块，冷却风机不断将外界的空气鼓入冷凝器，由于外界空气温度比系统内的热空气低，对流换热持续进行，部分水蒸气冷凝成水滴排出；之后，空气在烘干风机作用下鼓入烘干流道，经过电加热器加热成为高温空气进入滚筒，完成一个循环。该过程循环进行时，空气不断带走衣物中的水分并通过冷凝器排出水滴，直至衣物被烘干。

干燥衣物烘干机的方式进入垂直型冷凝两种：

（1）垂直型的工作原理是通过空气加热器加热，加热衣物，将带有衣物表面水汽的空气直接排到室外的空气中，形成循环，保持衣物表面水分被排走，以达到烘干衣物的目的。

（2）冷凝后的空气通过加热器加热，需要加热的衣物放入烘干筒中，烘干筒加热使水汽蒸发被带出，然后通过降温系统，湿气固化成水，进入集水的水箱，形成循环，持续带出水分，排走洗衣服的湿气，达到烘干衣物的目的。

直排式洗衣烘干机效率较低，衣物蒸发的水直接排放到环境中，室内温度和湿度的大幅增加，需要考虑更高的安装条件。欧美多机外壳厕所排进气口，而中国的住房一般没有这个习惯了。

冷凝衣物烘干机可分为三类：普通冷凝热泵冷凝，冷凝飞碟：

（1）一般冷凝更加节能，但也有一些热量从壳体孔的后侧排出。这需要在外侧设置出风口等结构以均匀释放热量。

（2）高效率的热泵冷凝热的机器周期内不散热。出口温度低一些可以很好的保护衣物不被高温烘干起皱变形，甚至损坏。

（3）飞碟冷凝水从空气由风扇进入加热管中，使得热空气进入气缸，和在交换的冷湿空气介质内筒，热空气给衣物表面加热，变成潮湿的空气排出腔外，通过截面积较小的管道加速，再通过空气冷凝盘管的快速冷却，将空气中的水汽凝结成水珠水导入储存箱中，完成一个循环。

根据能源分类，干燥可分为燃气、电热丝加热型PTC自限温加热元件两种。其中，燃气烘干机在我们的国家是比较少见的，但在天然气资源较为丰富的欧洲非常流行，他们将此作为住宅为主的配置。这主要由不同国家的能源供应形式有关。早期的干燥效果和蒸汽加热或烘干机的环境条件的变化和波动，导致电加热的质量在没有干燥或干燥太多条件下，产生衣物受损和浪费能量的现象。随着自动控制技术的不断发展，上述缺点也将不断改善。

1.1.3研究意义

通过对洗衣干衣机烘干系统的分析，我们可以掌握烘干过程中重要的云图：流场云图、温度场云图，帮助我们更直观地了解到烘干系统的稳态工作过程，通过改变转速、加热温度等参数对比不同条件下的风道出口状况，有利于从结构、参数等方面进行修改，从而提升系统整体的烘干效率，达到节能、使用寿命长的目的。

1.2国内外研究现状

目前，市场上主流热销的有两种衣物烘干系统：一种是常规电加热烘干系统，另一种为热泵烘干系统。常规电加热烘干虽然结构较简单，但是其烘干过程较长，热风效率较低，烘干温度很高，很容易引起衣物的烫伤和褶皱，另外，电加热烘干的能耗较大。以往所研究的热泵烘干虽然前期比常规电加热烘干节能，但是在烘干的中后期，除湿主要是去除湿物料中的结合水，由于空气跟干燥物料之间的传质系数小，使得干燥室进出口空气状态变化较小，输入的电能大部分以热能的形式排出系统。

之前提到的烘干方式存在着耗能量大、烘干温度过高的缺陷，开发新型节能洗衣机在能源紧张的今天显得尤为重要。对衣物烘干过程的设计研究具有很大的市场价值。目前国内外在这方面的研究已经取得了很多探索性的工作。常规的电加热和干燥系统需要更大的能量，因为大的能量消耗，被实验的给整个腔室采用闭环加热，类似于冰箱，除去水蒸汽来冷却湿空气，这时干空气再通过重新循环后，再次进入腔体带走腔内的水汽，形成循环，从而达到提高效率的目的。整个系统的功率取决于最大容纳衣物的质量，烘干效率会受到空气流量和平均出口温度的影响。虽然有时腔体的相对湿度可能降低了，带着并不能代表腔内的水汽就有所减少，相反，由于相对湿度的定义关系而减少。因此，新的设想又被提出，即寻找一种开式的系统，用于释放水汽。虽然封闭的系统可以节能，但是半开放式的系统更有助于烘干。

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