محاكاة وبحث نظري حول بنية سكين الهواء في فرن الطلاء

2026-08-05

محاكاة وبحث نظري حول بنية سكين الهواء في فرن الطلاء

تُعدّ السكين الهوائية عنصرًا أساسيًا في تصميم وتنفيذ صندوق التجفيف. يؤثر تصميمها بشكل مباشر على توزيع تدفق الهواء داخل الصندوق وكفاءة تجفيف طبقة الطين على قطعة العمود. فهي تُسهم في تنظيم تدفق الهواء داخل الصندوق، كما أن تصميمها المُناسب يمنع تكوّن الدوامات، مما يسمح بتوزيع الهواء ببطء وانتظام على سطح قطعة العمود. في الوقت نفسه، تُعتبر السكين الهوائية عنصر مقاومة، ومقاومتها العالية تزيد من مقاومة صندوق التجفيف ككل، وبالتالي تزيد من فقد الطاقة في نظام التجفيف. إضافةً إلى ذلك، يُمكن تركيب شاشة مثقبة داخل السكين الهوائية، مما يُساعد على توزيع تدفق الهواء الساخن القادم من حجرة الهواء بشكل متساوٍ.

يوضح الشكل أعلاه بنية أربعة أنواع من سكاكين الهواء المذكورة في هذه الورقة. في سكين الهواء من النوع الأول (أ)، يُدفع الهواء من فتحة النفخ السفلية بعد ضبط تجويف المقطع المثلثي المقلوب. في سكين الهواء من النوع الثاني (ب)، يُضبط تدفق الهواء في تجويف المقطع المستطيل ويمر عبر جانبي القاعدة ليُدفع بشكل مائل إلى فتحات فوهة الهواء. في سكين الهواء من النوع الثالث (ج)، تُبنى لوحة فاصلة للتجويف الداخلي على أساس سكين الهواء من النوع الثاني، ويمر تدفق الهواء عبر جانبي القاعدة أسفل فتحة تصريف اللوحة الفاصلة، ثم يُدفع من فتحة فوهة الهواء المائلة. أما بالنسبة لسكين الهواء من النوع الرابع (د)، فبناءً على سكين الهواء من النوع الثالث، يتغير شكل غلاف سكين الهواء، حيث يتحول التحدب الخارجي إلى مقعر داخلي.  هذا النوع من السكاكين الهوائية هو عملية يتم فيها توليد تدفق هواء ساخن عالي السرعة عند مخرج فتحة فوهة الهواء، ثم يتم ضرب سطح قطعة القطب وتجفيفه، ويتم نقل الحرارة بالحمل الحراري للهواء، ويتم حمل جزيئات المذيب من طبقة الملاط بعيدًا.

كما هو موضح في الشكل، يُمثل H ارتفاع منطقة التجفيف في صندوق التجفيف، وd عرض فتحة سكين الهواء، ويُشكل الخط المركزي لنفث الهواء زاوية معينة مع جدار الصدم. ويمكن تقسيم نفث الهواء إلى منطقة النفث الحر، ومنطقة الصدم، ومنطقة نفث الجدار.

منطقة النفث الحر: تتميز منطقة النفث الحر بأن سرعة الهواء الساخن في أي نقطة ضمنها تساوي سرعة تدفق الهواء عند فوهة النفخ، ويحافظ تدفق الهواء على طاقة الوضع الأصلية للصدمة دون تغيير. ونظرًا لأن التيارات الحرارية المحقونة تتبادل الزخم مبدئيًا مع المائع الساكن في البيئة المحيطة، فإن عرض منطقة الحقن يزداد مع استمرار النفث الحر.

منطقة الاصطدام: بعد انتهاء تدفق الهواء الحر، تتغير سرعة تدفق الهواء الساخن تبعًا لذلك، من توزيع منتظم في البداية إلى انخفاض تدريجي. خلال هذه العملية، يستمر العرض الجانبي لمنطقة التدفق في الاتساع، مُشكِّلًا منطقة اصطدام. في منطقة الاصطدام، يُلاحظ أن سُمك الطبقة الحدية فوق جدار الاصطدام متقارب.

منطقة تدفق الهواء على الجدار: بعد وصول تدفق الهواء إلى جدار الاصطدام، ينحرف اتجاهه بزاوية معينة ويدخل منطقة تدفق الهواء على الجدار. يتدفق الهواء في هذه المنطقة بالقرب من سطح الجدار، وتقل سرعته تدريجيًا مع تقدم التدفق.

تحليل مقارن لمخططات تتبع تدفق الهواء الساخن

يدخل الهواء الساخن غير المنتظم إلى سكين الهواء من مدخل الهواء، ويمر عبر التدفق المنتظم للوحة الشبكية المثقبة ولوحة التوزيع، ثم يتدفق الهواء الساخن بانتظام إلى فوهة سكين الهواء. وعندما يصل الهواء الساخن إلى قطعة القطب، يؤدي تغيير اتجاه التدفق إلى النتيجة الموضحة في الشكل أدناه. ويتم التحكم في انتظام تدفق الهواء الساخن على قطعة القطب بشكل أساسي من خلال جزأين: الأول هو شبكة التدفق المنتظم التي تضمن دخول الهواء الساخن إلى سكين الهواء بشكل متساوٍ، والثاني هو فوهة سكين الهواء التي تعيد توجيه الهواء الساخن.

تختلف أنواع مخططات تتبع صندوق الاختبار الأربعة بسبب اختلاف أنواع سكاكين الهواء.

إن توزيع آثار تدفق الهواء الساخن في صندوق اختبار سكين الهواء من النوع I منتظم نسبياً. على سطح قطعة القطب، يتدفق الهواء الساخن من المنتصف إلى الطرفين والفراغ العلوي، ويغطي بشكل أساسي سطح قطعة القطب؛

إن توزيع آثار تدفق الهواء الساخن في صندوق اختبار سكين الهواء من النوع الثاني متناثر نسبياً. على سطح قطعة القطب، تتدفق معظم جزيئات الهواء الساخن فقط إلى المساحة العلوية من طرفي قطعة القطب، وتكون مساحة التغطية صغيرة؛

تتدفق معظم جزيئات الهواء الساخن في صندوق اختبار سكين الهواء من النوع الثالث من الجانبين (وليس كلا الطرفين) من منتصف سطح قطعة القطب إلى الطرفين والفراغ العلوي، مما يغطي مساحة كبيرة؛ يتدفق الموضع إلى المنتصف وكلا الطرفين والفراغ العلوي لقطعة القطب في نفس الوقت، ويكون التوزيع متماثلًا وموحدًا نسبيًا، ويغطي بشكل أساسي سطح قطعة القطب.