某造纸机械企业制造出大型钢制导热油烘缸,根据试验测试和顾客使用情况反映出钢制导热油烘缸表面温度分布不均匀,导致烘缸工作表面温差达不到理想的造纸工艺要求,因此本文采用三维建模软件和有限元分析软件针对钢制导热油烘缸的结构展开优化工作。具体研究内容如下:(1)通过分析钢制导热油烘缸的工作原理与传热原理,提出优化烘缸结构的理论依据。对烘缸结构进行的优化工作主要有:储油腔结构的改变,将依附在烘缸内壁上的进油和出油储油腔去除,使导热油直接进入烘缸的导油腔内;金属管结构与数量的改变,将烘缸的金属直管转换成弯管,并增加金属管的数量;油路结构与数量的改变,金属管与导油腔直接连接,因此增加金属管数量的同时会增加油路的数量,原烘缸的油路结构为单流动方向,通过金属弯管的使用将油路结构优化成循环流动方向,而循环油路又分为单“S”型与“S”型两种结构;水力直径尺寸的改变;导油腔高度的改变,增加烘缸导油腔的高度来增加导热油与烘缸的接触面积,提高传热效率;外壁厚度的改变。将优化后的钢制导热油烘缸采用建模软件建立其三维模型。(2)根据钢制导热油烘缸的工作原理与传热原理建立数学方程,运用数值模拟技术对钢制导热油烘缸热流固耦合模型进行模拟,首先利用有限元网格划分软件对各烘缸的三维模型进行多次非结构性网格划分,通过网格独立性验证方法选取网格数量适中的模型,然后使用以努塞尔数Nu为目标函数的Dittus-Boelter实验关联式来验证烘缸数值模拟结果,通过此验证方法能够确认模拟过程中求解器的选择、物理模型的选择以及边界条件建立的正确性。(3)分别对优化后的钢制导热油烘缸进行数值模拟,读取雷诺数Re、烘缸工作压力P、表面传热系数h、工作表面的平均温度T等数据,并导出烘缸工作表面温度分布云图,通过综合分析结果表明:雷诺数Re、烘缸工作压力P和传热系数h随着金属管和油路数量的增加而降低;烘缸表面平均温度T随着水力直径的增加而提升,随着烘缸壁厚的增加而降低,从温度分布云图上看出循环油路结构的烘缸表面温度分布较为理想。因此选取具有循环油路的烘缸结构,通过改变导热油进口速度并进行数值模拟,研究结果表明:随着进口速度的提升,烘缸外壁表面温差以及工作表面温差随之降低,且从温度分布云图上可以看出金属管数量为32个的单“S”型循环油路结构的烘缸外壁表面温度分布均匀。(4)对优化后的新型钢制导热油烘缸进行试验测试,结果表明试验测试结果与数值模拟结果的误差最大为3.36%,误差在可允许的范围内。在客户们运用新型钢制导热油烘缸组进行试机运行和生产过程中也得到了使用效果好的验证。