超声塑化生热及其参数对温度特性的影响

超声熔融塑化注射成型是一种新型的聚合物塑化方式,而聚合物超声熔融塑化过程中温度场分布、超声波频率和振幅对聚合物塑化的影响规律等问题有待进一步的研究。本文针对这些问题,通过仿真计算、实验验证的方法,研究了超声工具头端面和外圆柱面振动对聚合物的熔融塑化效果和不同超声波参数对聚合物的熔融塑化的影响。结果表明:熔池从工具头端面中心部位开始形成,并向轴向和径向扩展;工具头轴向振动的塑化作用为聚合物熔融塑化的主要能量来源,其效果远远大于径向振动的塑化作用;超声波振幅对聚合物的塑化效率比超声波频率影响更大。     

聚合物新型塑化模型构建及装置的研制

对波致塑化和高剪切微磨塑化的基本原理进行了探讨，将超声波、振动和高剪切微磨引入到聚合物的塑化过程中，构建了新型熔融塑化模型，并根据塑化原理设计了多功能流变性能测试装置。对聚合物流变性能的测试结果表明：一定频率的超声波对聚烯烃的结晶起着积极的作用，聚合物的塑化效果良好。     

矩形声化学反应器空化场分布的研究

文章研究了分析反应器尺寸及液体深度对矩形声化学反应器空化场分布的影响。在刚性边界条件下,理论分析得出了纵向声压分布公式。用MATLAB仿真分析了纵向声压分布情况,并用染色法进行了实验验证。结果表明:声场中声压有多种简正声波和高次同相振动叠加而成。近场区总声压幅值以高次同相振动为主,声压幅值随液体深度的增大而迅速衰减;远场区则以简正声波为主,声压幅值随液体深度的增大而起伏变化。当满足一定条件时,在槽体可发生长度共振。     

强化换热管内超声空化影响因素的数值研究

利用FLUENT软件对超声波空化效应的影响因素进行了数值模拟。采用二维管道,对比研究了不同长度处的声压及其汽含率后,得出结论:频率20k Hz的超声波对圆管能够作用的最大长度在4.0~5.0m之间,最佳的空化长度为4.0m,当超过4.0m时由于超声波衰减严重,空化效果变差;当声强不断增大时,管内整体的汽含率却越来越小,此时的空化效果会变差。对于不同的管道类型,由于横纹管的几何结构更容易汽泡的产生,故而其超声空化效果也最佳。     

圆球型声化学反应器内声场的数值模拟与实验研究

利用计算流体动力学CFD商业软件-FLUENT,以多相流模型中的混合物模型(Mixture)为基础,并耦合空化模型,对自主开发研制的圆球型超声化学反应器内空化场进行了数值模拟。反应器内空化场为液态水和空化汽泡二相流动问题,研究了空化模型参数的影响,对数值模拟的结果包括超声振动时的压力场、气含率场的分布进行了分析讨论,并与声压测量实验及铝箔空蚀实验结果比较,实验数据和模拟结果基本吻合。空化模型中,不可压缩气体的质量分数越大,水中O点处的气含率越高,压强波动幅度越小;水的饱和蒸汽压越高,O点处的气含量越大,且波动幅度越大,但压强幅值变化程度越小。本项研究表明CFD技术的应用对于超声声场分析具有重要的参考价值,对声化学反应器设计理论的发展具有指导意义。     

纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程（Ⅰ）理论模型及熔融机理

为了能够清楚、透彻、无干扰地研究振动场对聚合物材料熔融塑化过程的影响,建立了纯振动场作用下聚合物材料熔融塑化过程的物理模型,并对其熔融机理进行了深入的分析,提出了纯振动场作用下熔融过程的连续性方程、动量方程、能量方程以及本构方程,并运用复杂的数学推导,得到了纯振动场作用下聚合物固体床下降速度与振动参数的关系表达式。从公式中可以看出,振动场的引入可以提高熔融速度。本研究将会为聚合物新型成型加工工艺的制定以及成型加工设备的设计提供必要的理论支持。     

Melting process of polymer under pure vibration force field（Ⅰ）Theoretical model and melting mechanism

为了能够清楚、透彻、无干扰地研究振动场对聚合物材料熔融塑化过程的影响,建立了纯振动场作用下聚合物材料熔融塑化过程的物理模型,并对其熔融机理进行了深入的分析,提出了纯振动场作用下熔融过程的连续性方程、动量方程、能量方程以及本构方程,并运用复杂的数学推导,得到了纯振动场作用下聚合物固体床下降速度与振动参数的关系表达式。从公式中可以看出,振动场的引入可以提高熔融速度。本研究将会为聚合物新型成型加工工艺的制定以及成型加工设备的设计提供必要的理论支持。     

超声波对液相中微颗粒凝聚过程的作用机理

通过模拟实验研究揭示超声波对液相中微颗粒凝聚过程作用机理,为超声波去除钢液中夹杂提供实验依据. 在功率15~30 W的范围内,超声波的声流作用很明显,可将液相中的微颗粒聚集于声压较小的区域. 如果超声波功率在一定临界值(本研究为60 W)以下,振动作用将超过空化分散作用,使颗粒凝聚成团,生成的空化气泡起到聚集已生成的颗粒团并使之长大的作用,得到颗粒团粒径和超声功率的关系式为：dcluster=0.539e0.523P (060 W).     

聚合物振动诱导单螺杆熔融塑化过程(Ⅰ)熔融机理及熔融速率

在振动诱导单螺杆挤出机中,通过螺杆的轴向振动使聚合物的熔融塑化过程在周期性的振动状态下进行,而经典熔融塑化理论无法描述处于周期性振动状态的熔融塑化过程。通过可视化和剖分料筒实验,观察了振动诱导单螺杆挤出机的熔融过程,深入分析了振动诱导熔融机理,建立了熔融过程动态物理模型,提出了振动场作用下熔融过程的质量平衡方程、动量平衡方程、能量平衡方程及本构方程,并运用复杂的数学方法求得近似解析解,最后得到了熔融速率方程和熔膜厚度方程,从公式中可以看出：熔融速率与熔膜厚度都是与振动参数相关的,且具有时间依赖性,振动场的引入可以加快熔融速率,减少熔膜厚度。理论研究与前面的实验结果符合得很好.     

超声波对微流道中聚合物流动性能的影响研究

为了研究超声波作用下的聚合物材料流动性能及其影响因素,利用自主开发的聚合物超声波辅助挤出测试系统,进行了超声波作用下聚合物熔体在微流道管壁的剪切力、剪切速率和表观黏度的测试,并在与传统稳态挤出相比较基础上,分析了超声波对微流道中聚合物熔体流动性能的影响。实验结果表明,引入超声振动后,微流道的入口压力降有明显降低,并且随着熔体剪切速率的增加而增大;超声振动作用下聚合物熔体剪切速率存在临界值,当剪切速率小于临界值时,超声下聚合物黏度小于传统稳态挤出聚合物黏度,反之,超声聚合物黏度大于传统挤出聚合物黏度。