Numerical Study of the Effect of Particle Size on the Coating Efficiency and Uniformity of an Electrostatic Powder Coating Process

Abstract

This paper reports on a research project that studies the effect of particle size on the coating efficiency and coating uniformity in a powder coating system using the computational fluid dynamics as a modelling tool. The numerical simulations are conducted for different particle sizes with different distances between the spray gun and the coating part and different positions of the powder spray gun pattern adjuster sleeve (PAS). This study can provide detailed information on air flow pattern and particle trajectories inside the powder coating booth, and the coating film thickness on the coated part as well as the particle transfer efficiency (PTE). In numerical simulations, the air flow field is obtained by solving three-dimensional Navier-Stokes equations with standard κ-ϵ turbulence model and non-equilibrium wall function. The second phase, the coating powder, consists of spherical particles that are dispersed in the continuous phase, the air. In addition to solving transport equations for the air, the trajectories of the particles are calculated by solving the particle motion equations using the Lagrangian method. It is assumed that particle-particle interaction can be neglected. The electrostatic field is modelled by solving the Laplace equation. On a etudie l'effet de la taille des particules sur l'efficacite et l'uniformite de l'enrobage dans un systeme d'enduction de poudre a l'aide de la simulation numerique des ecoulements. Les simulations numeriques sont effectuees pour differentes tailles de particules et differentes distances entre le dispositif d'atomisation et la region d'enduction, ainsi que differentes positions du dispositif de controle du mode d'atomisation (PAS). Cette etude fournit des informations precises sur le mode d'ecoulement de l'air et les trajectoires des particules dans le reservoir d'enrobage, ainsi que sur l'epaisseur du film d'enduction sur la partie enrobee et l'efficacite de transfert des particules (PTE). Dans les simulations numeriques, le champ d'ecoulement est obtenu par la resolution des equations tridimensionnelles de Navier-Stokes avec le modele de turbulence standard κ-ϵ et une loi de paroi dans un etat de non-equilibre. La seconde phase, la poudre d'enduction, se compose de particules spheriques qui sont dispersees dans la phase continue, l'air. En plus de la resolution des equations de transport pour l'air, les trajectoires des particules sont calculees en resolvant les equations de deplacement des particules a l'aide de la methode lagrangienne. On suppose que l'interaction particule-particule peut etre negligee. Le champ electrostatique est modelise par la resolution de l'equation de Laplace.