气体辅助对聚合物异型材多层共挤成型的影响

在等温理论模型得到实验验证的基础上,运用有限元方法对i形多层共挤口模进行了三维非等温粘弹数值模拟研究,对比分析了传统共挤和气辅共挤成型时口模内的流场和口模外离模膨胀及界面形状的异同。研究结果表明,熔体流率的变化对传统共挤和气辅共挤成型过程中壳层和芯层的离模膨胀现象均有较大影响,但对异型材整体离模膨胀现象影响不明显;气辅共挤不仅能有效减小甚至消除传统共挤过程中的离模膨胀现象,而且具有显著的节能效果;共挤口模出口处剪切速率和二次流动最大值处即为制品变形最严重处。     

气辅共挤出界面位置对挤出胀大的影响

基于聚合物流变学理论,运用有限元方法,建立了半圆形共挤口模成型的理论模型,并对理论模型进行了数值模拟,研究了口模入口端熔体层间界面位置及熔体入口流率对共挤出胀大和熔体层间界面位置的影响。研究表明,气辅共挤过程中,当两熔体流率相等时,使得两熔体入口面积近似相等的r值(共挤口模入口处界面位置)能将熔体的离模膨胀率降为零值,同时保证熔体层间界面位置稳定;当两熔体流率不等时,熔体离模膨胀率随着自身流率的增大而增大,随着另一熔体流率的增大而减小,界面位置则向流率较低的一侧偏移。     

气体辅助对聚合物异型材多层共挤成型的影响EI北大核心CSCD

在等温理论模型得到实验验证的基础上,运用有限元方法对i形多层共挤口模进行了三维非等温粘弹数值模拟研究,对比分析了传统共挤和气辅共挤成型时口模内的流场和口模外离模膨胀及界面形状的异同。研究结果表明,熔体流率的变化对传统共挤和气辅共挤成型过程中壳层和芯层的离模膨胀现象均有较大影响,但对异型材整体离模膨胀现象影响不明显;气辅共挤不仅能有效减小甚至消除传统共挤过程中的离模膨胀现象,而且具有显著的节能效果;共挤口模出口处剪切速率和二次流动最大值处即为制品变形最严重处。     

气辅共挤出流道中聚合物流动过程的数值分析

建立了气辅条件下两种聚合物在矩形流道中共挤出流动的三维非等温数值分析模型。用粘弹性流体模型(PTT模型)描述熔融聚合物的特性,Arrhenius方程表示流动对温度的依赖性,并且考虑聚合物相对于流道壁面的滑移以及不相容聚合物熔体间滑移的边界条件。用有限元方法数值模拟了聚合物成型过程,将计算结果与普通共挤出成型流动进行了对比分析。结果表明,气垫层的加入,将使聚合物熔体的压力降减低20%～40%;使流道出口处的速度场分布均匀,速度场的最大值下降约50%;气垫区聚合物的自由流动还将对共挤出界面的形状和位置有一定的影响。     

聚合物气辅共挤成型中挤出胀大的数值模拟

以一矩形截面共挤型材为例,采用Giesekus本构方程和Navier滑移模型建立数值模型,使用EVSS、SU等有限元方法对气辅共挤和传统共挤时两种聚合物熔体在口模内外的等温粘弹流动做了三维数值模拟,得到了气辅共挤和传统共挤时的挤出胀大率、速度场、应力场及剪切速率分布。对模拟结果进行了分析和对比,结果表明,气辅共挤能消除挤出胀大和模外熔体偏转流动现象;气辅共挤时两相熔体的速度场均匀一致,熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;熔体表面的切向和法向应力为零,因而可有效提高挤出速率,并防止制品表面鲨鱼皮现象的出现。     

聚合物气辅共挤成型中气体入口位置对层间界面的影响

基于流变学基本方程和Phan Thien-Tanner(PTT)本构方程,针对不同气体入口位置,建立了矩形截面双层型材气辅共挤出的三维非等温粘弹有限元模型;使用粘弹应力分离法(EVSS)和非协调流线迎风法(SU)等有限元方法,对共挤界面进行了数值模拟,分析了气体入口位置对界面粘性包覆及剪切应力的影响规律。结果表明,随着气体入口位置与口模入口面之间距离的增加,界面粘性包覆程度和气体入口处界面上的剪切应力峰值均增大,而共挤界面上最大剪切应力值均在口模入口面上,其大小与气体入口位置几乎无关。先汇料后进气的气辅口模结构不利于共挤制品界面质量控制。     

L型异型材气辅共挤胀大的三维等温数值模拟EI北大核心CSCD

应用有限元分析方法,采用Giesekus本构方程,对L型双层共挤模型进行了三维粘弹等温共挤出数值模拟,分析了2种不同进料方案下传统共挤和气辅共挤口模出口面的速度场、剪切速率场以及挤出胀大和变形情况。研究表明,异型材传统共挤的挤出胀大和变形受进料方案的影响,而气辅共挤则不受其影响。异型材传统共挤在口模出口面速度的非均匀分布是导致挤出胀大和变形的主要原因;气辅共挤口模出口面速度分布均匀,无胀大和变形,说明气辅共挤能消除异型材传统共挤中的挤出胀大和变形。     

聚合物多相分层流动黏弹性包围机制的数值模拟

针对黏弹性包围引起的复合共挤制品层厚均匀性控制的技术难题,通过数值模拟,研究了黏弹性流变性能参数对黏弹性包围的影响规律和机制.研究结果表明,黏弹性包围是由多相分层流动的第二法向应力差驱动的二次流动诱发,主要取决于成型流动过程中二次流动的方向与强度.熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动强度则与第二法向应力差大小成正比.黏弹性包围随着熔体松弛时间的增加而增大.消除黏弹性包围的理论前提是消除其二次流动,而通过使其流动的第二法向应力差趋于零方可消除其二次流动.第二法向应力差趋于零的前提条件是使无滑移黏着共挤多相分层剪切流动转化为气垫非黏着完全滑移共挤多相分层柱塞流动,而气辅共挤成型工艺的气垫壁面滑移是实现这一转变的有效技术.     

聚合物气辅共挤成型中气垫层的建立及其稳定性分析

采用自行研制的气辅共挤成型实验系统和矩形截面气辅双层共挤口模,实验研究了气辅共挤过程中气体压力、气体温度以及气阀的开启顺序对气垫层稳定性的影响,得到了建立稳定气辅共挤气垫层的基本工艺准则。结果表明,气体压力和温度是影响气垫层稳定性的关键因素,要形成稳定气垫层,气体的压力和温度应尽量与聚合物熔体接近,气体和熔体的压力差不应超过0.1MPa,温度差不应超过10℃,先开启气阀时,要严格控制气体压力。     

L型异型材气辅共挤胀大及变形的数值模拟和实验验证

以L型双层共挤异型材为研究对象,采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程对该模型进行了三维等温数值模拟,并使用聚丙烯(PP)对该模型进行了实验研究,对比分析了数值模拟结果与实验结果。研究表明,气体以及重力的影响将使气辅共挤异型材制品截面积偏小;数值模拟和实验结果均表明气辅技术能有效减小异型材共挤过程中的挤出胀大和变形,提高共挤异型材制品的质量以及简化异型材共挤口模的设计。     

气辅成型工艺参数对制品成型质量的影响趋势研究

对截面形状为s-3的加强筋进行工艺参数优化分析,讨论了气辅成型工艺参数对成型质量的影响程度,获得了一组较好的工艺参数组合.以此为参考标准,改变某一个工艺参数而保持其他工艺参数不变,对比研究4种不同截面形状加强筋在气辅成型条件下的成型情况,并考察了单个工艺参数对成型质量的影响趋势情况.     

橡胶轮胎部件挤出过程数值模拟分析

以某轮胎部件胶料的挤出过程为研究对象,采用Phan-Thien-Tanner(PTT)本构方程对挤出过程进行三维等温数值模拟。分析了胶料在挤出机内的流动情况,并考察分析壁面滑移系数、流量和牵引速率对出口速率分布和挤出胀大的影响。结果表明,在自由挤出的条件下,壁面滑移程度对胶料离开口模时的速率分布影响较大,主要表现为对挤出胀大的影响,而流量的变化对挤出胀大的影响较小;当施加牵引时,随着牵引速率的增加,挤出胀大比减小,当牵引速率超过一定范围后会导致挤出物的形状发生畸变。     

聚合物共挤出过程的挤出胀大有限元分析

采用有限元方法模拟了非牛顿流体在共挤出过程中的挤出胀大现象,分析了模具流道收敛角、模具内壁的表面质量以及平直段长度对共挤出聚合物挤出胀大的影响。结果表明:当流道收敛角α在0°~30°区间变化时,角度的大小对两种熔体的挤出胀大率均有一定的影响;当30°≤α≤90°时,角度的变化对熔体挤出胀大率几乎没有影响。模具内壁的表面质量对挤出胀大率影响较大,改善模具壁面质量可以有效地减小挤出胀大率。适当增加流道出口平直段长度可以显著减小挤出胀大率。     

载人航天器舱内气体泄漏数值模拟分析

针对载人航天器舱内气体在太空中的泄漏问题,提出内外舱同时升压法来进行数值模拟计算,引入无量纲参数气体泄漏因子来判定气体泄漏量。采用基于Simple算法的有限体积法,对载人航天器舱内气体泄漏状态进行仿真,并分析了气体泄漏过程中影响参数。结果表明:增加镀铝薄膜层厚度和减小镀铝薄膜层材料孔隙率都能同时减弱气体泄漏因子,使气体泄漏量降至最小。     

膜式燃气表内部流动数值模拟研究

采用CFD数值模拟方法对有柔性膜片的膜式燃气表内部流动进行数值模拟研究,解决了皮膜和旋转阀之间的联动关系以及旋转阀转动与皮膜运动的仿真实现等技术问题;运用滑移网格、动网格及用户自定义函数(UDF)技术实现了膜式燃气表内部流动的动态数值模拟,获得了旋转阀与阀座存在1mm间隙的情况下膜式燃气表内部流场和仪表压损数据.结果表明,数值模拟技术用于膜式燃气表这种复杂结构的内部流动研究是可行的.     

SNCR过程还原剂与烟气混合特性数值研究

以某台220t/h煤粉锅炉为研究对象,对选择性非催化还原过程中尿素溶液还原剂与烟气的混合问题进行数值研究.计算表明,还原剂液滴喷入炉内1 100℃左右的高温区后,迅速经历加热、沸腾和蒸发过程,液滴的停留时间很短,因此增加还原剂射流穿透深度可有效提高混合程度.以还原剂质量分数的相对标准偏差为混合程度的衡量指标,分析了还原剂喷射速度、流量、液滴粒径以及锅炉等因素的影响,发现降低锅炉负荷、提高还原剂喷射速度和流量均可有效提高混合程度,而液滴粒径对混合具有双重影响,一般存在最佳粒径范围.     

基于分数步长法的压铸充型过程数值模拟

为了模拟型腔内流体的流动形态并预测气孔缺陷,应用充型过程数值模拟方法,采用分数步长法来求解非稳态的Navier-Stokes方程,可以在每个时间步长内仅求解一次动量和压力方程.动量方程求解中采用Adams-Bashforth方法处理对流项,采用Crank-Nicolson方法处理扩散项.搭建了压铸过程水模拟系统,设计了型腔尺寸沿充填方向逐渐递减的有机玻璃模具.通过彩色高速摄像机以500帧/秒的速度记录充填形貌.将数值模拟结果和水模拟结果相比较,两者吻合较好.同时采用SOLA-VOF法模拟了同一充型过程,结果表明,分数步长法和VOF法相结合要比SOLA-VOF法更能准确地预测压铸过程中的卷气现象.     

718钢大模块淬火过程的数值模拟

借助计算机数值模拟,为塑料模具钢718大模块制订了两种新型的淬火工艺,一是预冷-水淬-自回火-水淬工艺,另一是提高奥氏体化温度,直接空冷淬火的工艺.实际生产试验的结果表明,这两种淬火工艺能够满足大模块质量要求.另外,计算机模拟结果和实验结果吻合的较好,说明这种计算机数值模拟方法可以用来设计新型淬火工艺.