Simulation und theoretische Forschung zur Luftmesserstruktur von Beschichtungsöfen

2026-08-27

Simulation und theoretische Forschung zur Luftmesserstruktur von Beschichtungsöfen

Das Luftmesser ist das zentrale Konstruktionselement und Funktionsmerkmal der Trockenkammer. Seine Bauart beeinflusst direkt die Luftströmungsverteilung im Inneren und damit die Trocknungswirkung der Polstück-Schlammschicht. Es dient der Lenkung und Anpassung der Luftströmung in der Trockenkammer. Durch eine geeignete Bauart lassen sich Luftwirbel vermeiden, sodass die Luft langsam und gleichmäßig auf die Oberfläche des Polstücks geblasen wird. Gleichzeitig stellt das Luftmesser ein Widerstandselement dar, dessen hoher Widerstand den Gesamtwiderstand der Trockenkammer und somit den Energieverlust des Trocknungssystems erhöht. Zusätzlich kann im Luftmesser ein Lochgitter installiert werden, das die aus der Luftkammer einströmende Heißluft gleichmäßig verteilt.

Die obige Abbildung zeigt den Aufbau der vier in dieser Arbeit beschriebenen Luftdüsentypen. Bei der Luftdüse Typ I (a) wird der Luftstrom nach der Anpassung des Hohlraums mit umgekehrtem Dreiecksquerschnitt durch den unteren Düsenschlitz geblasen. Bei der Luftdüse Typ II (b) wird der Luftstrom im Hohlraum mit rechteckigem Querschnitt so eingestellt, dass er durch die beiden Seiten des Bodens schräg zu den Luftdüsenschlitzen austritt. Die Luftdüse Typ III (c) basiert auf der Luftdüse Typ II und verfügt über eine innere Trennplatte. Der Luftstrom strömt unter der Trennplatte hindurch und tritt durch die beiden Seiten des Bodens schräg zu den Luftdüsenschlitzen aus. Bei der Luftdüse Typ IV (d) wurde, basierend auf der Luftdüse Typ III, die Form des Luftdüsengehäuses verändert: Die nach außen gewölbte Form ist nun nach innen konkav.  Bei dieser Art von Luftmesser handelt es sich um ein Verfahren, bei dem am Austritt des Luftdüsenschlitzes ein Hochgeschwindigkeits-Heißluftstrom erzeugt wird, der dann auf die Oberfläche des Polstücks trifft und diese trocknet, wobei ein konvektiver Wärmeaustausch mit der Luft stattfindet und die Lösungsmittelmoleküle der Schlammschicht abtransportiert werden.

Wie in der Abbildung dargestellt, ist H die Höhe des Trocknungsbereichs der Trockenbox, d die Breite des Luftmesserschlitzes und die Mittellinie des Aufprallstrahls bildet einen bestimmten Winkel mit der Aufprallwand. Der Aufprallstrahl lässt sich in einen freien Strahlbereich, einen Aufprallbereich und einen Wandstrahlbereich unterteilen.

Freistrahlzone: Charakteristisch für die Freistrahlzone ist, dass die Geschwindigkeit der Heißluft an jeder Position in dieser Zone der Strömungsgeschwindigkeit an der Düse entspricht und die ursprüngliche potenzielle Aufprallenergie der Luftströmung erhalten bleibt. Da die eingespritzte Thermik anfänglich Impuls mit dem ruhenden Fluid in der Umgebung austauscht, vergrößert sich die Breite des Einspritzbereichs mit zunehmender Ausdehnung des Freistrahls.

Aufprallzone: Nach dem Ende des freien Strahls ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit der Heißluft entsprechend – von einer anfänglich gleichmäßigen Verteilung zu einer allmählichen Abnahme. Dabei dehnt sich die seitliche Breite der Strahlzone weiter aus und bildet eine Aufprallzone. In der Aufprallzone ist die Dicke der Grenzschicht über der Aufprallwand nahezu konstant.

Wandstrahlbereich: Nachdem der Luftstrom die Aufprallwand erreicht hat, wird seine Richtung um einen bestimmten Winkel abgelenkt und er tritt in den Wandstrahlbereich ein. In diesem Bereich strömt der Luftstrom nahe an der Wandoberfläche entlang, wobei die Strömungsgeschwindigkeit mit fortschreitender Strömung abnimmt.

Vergleichende Analyse von Heißluftströmungsdiagrammen

Ungeordnete Heißluft strömt durch den Lufteinlass in das Luftmesser, durchströmt die gleichmäßige Strömung des perforierten Siebgitters und die Verteilerplatte und gelangt so gleichmäßig zur Luftdüse des Luftmessers. Beim Erreichen des Polstücks ändert die Heißluft ihre Strömungsrichtung, was zu dem in der Abbildung unten dargestellten Ergebnis führt. Die Gleichmäßigkeit des auf das Polstück einströmenden Heißluftstroms wird im Wesentlichen durch zwei Faktoren gewährleistet: das gleichmäßige Strömungssieb, das für einen gleichmäßigen Eintritt der Heißluft in das Luftmesser sorgt, und die erneute Umlenkung der Heißluft durch die Luftdüse.

Die vier Arten von Testkasten-Spurendiagrammen unterscheiden sich aufgrund der verschiedenen Arten von Luftmessern.

Die Verteilung der Heißluftströmungsspuren im I-förmigen Luftmesserprüfkasten ist relativ regelmäßig. Auf der Oberfläche des Polstücks strömt die Heißluft von der Mitte zu den beiden Enden und dem oberen Raum und bedeckt im Wesentlichen die Oberfläche des Polstücks;

Die Verteilung der Heißluftströmungsspuren im Luftmesser-Prüfkasten vom Typ II ist relativ ungleichmäßig. Auf der Oberfläche des Polstücks strömen die meisten Heißluftpartikel nur von den beiden Enden des Polstücks nach oben, und der Abdeckungsbereich ist klein;

Die meisten Heißluftpartikel im Luftmesser-Prüfkasten vom Typ III strömen von den beiden Seiten (nicht von den beiden Enden) der Mitte der Polstückoberfläche zu den beiden Enden und dem oberen Raum und bedecken dabei eine große Fläche; Die Position strömt gleichzeitig zur Mitte, zu den beiden Enden und zum oberen Raum des Polstücks, und die Verteilung ist relativ symmetrisch und gleichmäßig, wobei die Oberfläche des Polstücks im Wesentlichen bedeckt wird.