紫外老化試驗箱結構設計實例

紫外老化試驗箱、武漢紫外老化試驗箱溫度分布對老化試驗結果是至關重要的影響因素。紫外老化試驗箱溫度分布不均勻可能造成樣品老化程度的不同。目前，多采取空氣加熱方式以達到試驗要求溫度的熒光紫外老化試驗箱。在設計紫外老化試驗箱箱體以及風道時充分分析其結構上的不足與缺陷以改善設計方案， 有助于提高產品的整體性能，節省運營成本， 縮短研發周期等。

紫外老化試驗箱運用仿真和熱分析程序對SC/UV-340P紫外老化箱風道及試驗室部分進行仿真分析得出溫度分布截面圖， 以及氣體流動軌跡的流場分布， 符合真實溫度分布測量數據特性。在此基礎上改良原有設計方案， 建立一種新的風道結構滿足其溫度分布及氣體流場特性， 得到溫度分布較均勻的試驗結果。

1 、紫外老化試驗箱CFD 模型建立

1. 1 、紫外老化試驗箱SC/UV-340P風道及試驗室設計

根據真實紫外老化試驗箱SC/UV-340P箱體試驗室及風道部分進行設計制圖， 如圖 1 所示。

1. 2、紫外老化試驗箱設計描述

試驗室以及風道結構較為簡單， 實際zui小狹縫為 8 mm。在 設計時zui小通過距離為 5 mm。充分小于實際通過距離以便真實模擬試驗結果。對整體試驗室及風道的 CFD 模擬如下:風道進氣口設置為風扇條件并設置轉速為10 rad/s。氣體介質設置為空氣， 默認溫度為 20 ℃。設置 U 型空氣加熱管功率為800 W。試驗箱散熱口設置為空氣出口正常大氣壓力， 默認溫度20 ℃。本項目的建立是要獲取在試驗箱內部的溫度分布， 氣體流場軌跡。

1. 3 、建立項目屬性

(1)對環境及材料等因素的設置如表 1 所示。

1.4 、模擬溫度分布結果

模擬溫度分布如圖 2 所示， 整體溫度特征如圖3 所示， 流場溫度分布如圖 4 所示。從圖 2 和圖 4中可以看出氣體由外界經由加熱管加熱后由散熱管尾部折返通過散熱管上的小孔進入試驗室內部， 接近試驗室排氣口位置附近的氣體較快排出。遠離試驗室排氣口的氣體伴隨有湍流和亂流現象使得溫度無法較好排出試驗箱外部。在 210 步迭代運算后，系統趨于穩定。圖 3 所示整體系統氣體溫度zui大差值達到 3. 09 ℃， 平均溫度為 51. 47 ℃。由此看出BUV2000C 存在溫度分布不均勻的現象。

2 、對紫外老化試驗箱箱體及風道的優化

2. 1 、紫外老化試驗箱風道結構優化分析

由側面送風折返后經散熱孔進入試驗箱內部，各散熱口風量及壓力呈現不一致性(越接近折返處， 風量及壓力越大)。考慮空氣由加熱絲加熱后由底部中心位置送風進入試驗室。

2. 2 、紫外老化試驗箱試驗室排氣口優化分析

試驗室排氣口位于箱體上部兩側或者中間都會引起氣流的局部導向性， 致使整體氣流不均勻， 部分位置發生渦流及湍流。考慮將排氣口設定在試驗室兩側并與箱體長度一致。

2. 3 、改進后紫外老化試驗箱試驗室及風道

整體設計如圖 5 所示;風道設置在試驗箱中心下部位置， 整體呈直角型(拐角處圓角處理)， 進入試驗室后由一分流殼將熱空氣分流箱體左右兩側。試驗箱排氣口位于試驗箱斜邊兩側與試驗箱同寬。

2. 4 、改進后的紫外老化試驗箱試驗室及風道模擬結果

模擬設置條件與SC/UV-340P相符。因為設置收斂條件相同， 運算經過 210 步迭代滿足收斂條件后，系統內溫度趨于穩定停止運算。模擬溫度分布及氣體流場軌跡如圖 6、 圖 8 所示;氣體加熱后經由直角型風道進入試驗室內由分流罩分流后在箱體內形成規律的環形氣流， 沒有產生亂流及湍流現象。后由兩側的散熱孔排除箱體外。整體試驗室內溫度較為均勻， 圖 7 中 可 以 看 出 整 體 系 統 zui 大 溫 差 為1. 09 ℃， 平均溫度為 52. 3 ℃。

3 、紫外老化試驗箱zui后設計體會和結果

通 過對SC/UV-340P 箱體及風道部分進行設計分析計算， 很好地得出出溫度分布及氣體流場的特點，再在此基礎上改進紫外老化試驗箱排風口及風道位置與結構，從而系統整體溫度偏差從 3. 09 ℃降低到 1. 09 ℃， 消除了內部氣體流場亂流現象，達到設計要求和實際應用要求。