激光切割极片吸尘工位流体仿真分析

问题：除尘风速低（4～5 m/s）引起粉尘堆积和冷焊；除尘风速高引起剧烈抖动而切不断；增加内部支撑加剧粉尘堆积和冷焊。根本原因：吸尘机构两侧都是紊流，气流稳定性差，导致极片抖动离焦切不断和粉尘堆积。

措施：设计获得稳定的除尘气流。目的：①获得高风速（至少15 m/s）减少粉尘堆积和冷焊；②稳定气流保证切割稳定性。

图3-33　仿形吸尘罩的外形

方案：切割口两侧对称，采用夹板式切割机构。目的：结构对称使切割口两侧风速接近对称分布，并且除尘负压管道汇接在同一根上面，减少压力波动对极片的抖动影响。精准去除切割边10 mm 范围内的粉尘，仿形吸尘罩的外形如图3-33所示。

从图3-34可以看出，风速大于40 m/s，除尘效率大于99%。吸尘模组是对称分布的，我们分析其中一部分可以减少运算量。分析其内部气体的运动规律是揭示颗粒运动规律的先决条件，模型简化和体积抽取如图3-35所示。

速度等值线和矢量图是反映流场内部速度变化、旋涡、汇流等的有效手段，也是体现流场整体趋势的常用方法。依据吸尘器的结构特点，提取纵向截面的仿真信息进行分析研究。xy 截面速度等值线如图3-36所示，截面速度矢量图如图3-37所示，气流迹线图如图3-38所示。

图3-34　仿形吸尘罩在不同流速下的对比

(www.xing528.com)

图3-35　模型简化和体积抽取

图3-36　xy 截面速度等值线

图3-37　截面速度矢量图

图3-38　气流迹线图

由仿真结果可知，图3-36、图3-37、图3-38 中气流由入口流入吸尘器两壁面后速度为20 m/s左右，到达主桶壁后内部气流为30 m/s，排气口速度为32 m/s，风刀出口流速为30 m/s，吸尘器工件没有明显的漩涡在吸尘器内部。

由于粉尘飞溅方向与激光方向相反，把极片竖直放置，从上往下行进，则粉尘飞溅方向向下；极片两侧设计为从上往下的平流风场，可进一步提高粉尘吸除的比例，减少极片表面的粉尘黏附。