逗号刮刀涂布流场理论分析与数值模拟

逗号刮刀转移涂布是锂电池极片生产中的一种常用的涂布方式,研究涂布设备上刮刀狭缝高度与涂布湿厚度的关系具有重要的理论意义和实用价值。首先将二维流体力学基本方程纳维-斯托克斯方程按适用于刮刀涂布的条件简化为一维的雷诺润滑方程,进而应用于逗号刮刀的涂布流场研究。在该流场内,结合流场几何参数,建立了逗号刮刀压力微分方程。然后,以刮刀流场进口和出口压力为零作为边界条件,积分求解该方程,得到了涂布湿厚度与流场几何参数的关系式。研究发现,涂布湿厚度Hw与刮刀狭缝高度H0的比值在几何参数K=R/2H0的取值范围(10~2000)内趋近于2/3(0.66)。即使逗号刮刀上游几何尺寸有明显差距,它的无因次压力-位置曲线也几乎是重合的。作为该理论的验证,以Fluent软件建立了锂电池极片涂布的2D模型,通过软件参数设置中改变刮刀辊、涂布辊的半径,以及刮刀缝隙、涂布速度、涂布浆料黏度等模拟参数,求解涂布厚度并模拟流场行为。软件模拟与理论计算得到涂布厚度和流场压力分布结果高度吻合。另外,两者结果也表明涂布湿厚度Hw与刮刀狭缝高度H0比值不受涂布浆料黏度变化和涂布速度变化的影响。本研究的结果可实际用于涂布技术人员对极片涂布厚度的预测,有助于提高极片涂布的效率并减少物料损失。