Haake混合器中双组分聚合物熔体共混过程的数值模拟研究

采用有限元分析软件POLYFLOW对发生在Haake密闭式混合器中的双组分聚合物熔体共混过程进行了二维等温数值模拟，并进行了实验验证。首先采用仅和流场有关的黏度模型对共混过程进行了数值模拟，模拟结果与实验结果符合较好。进而又考虑了共混体系中组分含量对共混体系黏度的影响，对原来的黏度模型进行了修正，修正后的数值模拟结果和实验结果更接近。通过利用数值模拟的方法进一步获悉了双组分聚合物体系对流混合的规律。     

双转子混炼机中固体粉末与聚合物共混的数值模拟

利用聚合物加工分析软件POLYFLOW模拟了双转子连续混炼机中固体粉末在聚合物中的混合过程,并对不同转子转速下的三维等温非牛顿流场进行了流场和动态混合计算和统计学后处理。采用累积停留时间分布表征混合物的轴向混合性能,用团聚体累积粒径尺度分布表征固体粉末团聚体在聚合物基体中的分散状态,直观反映出团聚体在聚合物流场中粒径的变化情况,并用分离尺度分布表征混合物的分布混合性能。结果表明：在一定范围内提高转子转速有利于固体粉末/聚合物的分散、分布混合性能,确定合理的转速范围对于获得高性能聚合物复合材料至关重要。     

振动力场作用下聚合物熔体单螺杆挤出过程数值模拟

根据塑料电磁动态塑化挤出过程中熔体输送的实际情况，对三维模型进行简化，利用大型有限元软件ANSYS模拟了叠加轴向振动力场作用下聚合物熔体在螺槽中的流动情况，求解出周期性变化的速度，压力场分布，结果表明，与稳态挤出过程相比，振动力场的引入在进出口压力差恒定的情况下，可以提高熔全输送流率。采用有限元模拟方法可以为确定和优化工艺参数，产品质量控制提供指导。     

矩形薄腔中聚合物熔体非等温注气充填的数值模拟

采用五参数Cross粘度模型,利用有限元和控制体积法对矩形薄腔中聚合物熔体非等温注气充填过程中不同时刻的气泡边界、熔体前沿、熔体压力场、温度场和速度场等进行了数值模拟,结果表明:气泡主体边界平行于模壁方向生长,其前沿总是先向中心线附近移动,再向中心线两边移动;熔体压力在气泡周围某一区域内保持不变且等于气压;对于充模时间很短的情况,除气泡附近外,温度在各处相差不大。     

纤维悬浮聚合物熔体中纤维影响的数值模拟

采用一种多尺度模型研究了纤维悬浮聚合物熔体的流动过程,通过宏观流体的流动状态、纤维所在尺度上的纤维取向表征和聚合物溶液大分子哑铃模型尺度上的哑铃概率分布三尺度信息,实现了纤维悬浮聚合物熔体流动控制方程和本构关系的三尺度共同表征。使用SIMPLER-FDMS算法对多尺度控制方程组进行了求解,并通过4∶1等温平板收缩流的数值模拟验证了该多尺度模型的有效性。通过对纤维浓度、纤维间相互作用以及纤维长径比的分析,研究了纤维参数对聚合物基熔体悬浮体系及纤维取向的影响。     

聚合物熔体矩形流道挤出胀大的数值模拟

运用Picard迭代格式的有限元方法,采用Wagner积分型本构方程对黏弹流体挤出胀大进行三维模拟分析。每次迭代根据新的自由面边界位置重新划分网格,由前一次迭代得到的速度场,算出单元高斯点流线,沿流线积分计算应力,把应力作为拟体力,建立非线性方程组迭代格式。对不同宽度和长度的矩形流道的挤出胀大进行模拟计算,分析了流道宽度和长度对胀大率的影响,结果表明,随着宽厚比的增加,厚度胀大率随之增加,随着流道长度的增加,胀大率逐渐下降。并把结果与二维狭缝流道的数值模拟和实验结果相比较, 结果表明,用该方法对黏弹流体挤出胀大流动进行三维模拟是可行的和准确的。     

密炼机中炭黑与橡胶混炼的数值模拟

利用聚合物加工分析软件POLYFLOW模拟密炼机中炭黑与橡胶的混合过程,采用团聚体累积粒径分布函数表征炭黑团聚体在橡胶中的分散状态,以直观反映炭黑团聚体在橡胶流场中粒径的变化情况;利用分离尺度表征混合物的分布混合性能。模拟结果表明：要得到良好的炭黑与橡胶混炼效果,提高密炼机的使用效率,必须有合理的转子转速与混炼时间。     

密炼机中碳黑/橡胶混炼的数值模拟

本文利用聚合物加工分析软件POLYFLOW模拟了密炼机中碳黑在橡胶中的混合过程,采用团聚体累积粒径尺度分布函数表征碳黑团聚体在橡胶中的分散状态,以直观反映出碳黑团聚体在橡胶流场中粒径的变化情况;并用分离尺度表征混合物的分布混合性能。模拟结果表明：要得到良好的碳黑/橡胶混炼效果,提高密炼机的使用效率,必须有合理的转子转速与混炼时间,数值模拟可以为实际加工提供理论指导。     

振动力场下圆管内聚合物熔体速度场的数值模拟

利用ANSYS-FLOTRAN有限元分析软件模拟了不同振动频率下圆管内不可压缩幂律流体非定常流动的速度场.结果表明:1)振动力场作用使熔体在入口附近出现速度突变,振动频率越高,突变越厉害,速度值越大,稳定时圆管的无量纲长度越大;2)熔体轴向速度在径向呈类抛物线分布,振动频率存在最佳值,大于或小于最佳振动频率,熔体轴向速度分布范围均会变宽,流动变得不稳定;3)出口处速度响应存在时间延迟和速度峰,随着振动频率的增加,速度峰值升高,稳定时熔体轴向响应速度波动范围变宽,波动平衡点速度值升高.     

不同结构静态混合器内熔体流动及混合效果的数值模拟

构建长度、直径相同,但具有不同扭曲率、分割次数的3种静态混合器,然后利用Polyflow软件模拟低密度聚乙烯(HDPE)熔体在静态混合器内的流动情况,得到熔体在静态混合器内的速度场、压力场、停留时间、分离尺度等参数,并通过分析示踪粒子在静态混合器内的分布情况,表征其混合效果。结果表明,扭曲率大的静态混合器,压降较大、横向速度分量较大、分离尺度较小、混合效果更佳;而分割次数多的静态混合器,压降增大,但是分割次数对横向速度、混合效果的影响较小。     

不同转子构型的部分充满密炼机胶料流场数值模拟

使用软件Fluent对Banbury和Roller转子部分充满状态下的密炼机胶料流场进行二维等温数值模拟.研究结果表明:Roller密炼机流场更加频繁地经历最大剪切应力,两转子间的交换更加剧烈,胶料流动更复杂;Banbury 密炼机流场的平均混合指数略大于Roller密炼机,但所需要的扭矩输入较大.     

Haake密炼机三维流场的非等温数值模拟研究

本文利用流体力学计算软件FLUENT对69cm3哈克密炼机内的聚合物熔体进行了三维非等温非稳态数值模拟,得到了三维流场的瞬时温度分布,并对熔体与密炼室之间的热量传递过程进行了分析。当粘性耗散生热量等于向外传热量时,达到热平衡状态,熔体平均温度不再变化。由于聚合物熔体具有较高的粘性生热,仅靠自然对流不足以使密炼室壁保持初始的设定温度,壁温会有所增加。流场的混合指数分布说明混合流场中剪切流动占主导地位,还包括一小部分拉伸流动和收敛流动。     

自动控制密炼机混炼过程胶料质量的波动

通过对目前自动控制条件下密炼机混炼过程参数及胶料质量的统计分析和观察,指出自动控制条件下参数波动的相对标准偏差一般在５％左右,个别可达１５％～２０％,对混炼胶质量的影响是很大的。指出波动是由于控制程序设计、装备条件和混炼规程制定等方面的原因产生的,是可以解决的     

PE-LLD/SBS共混过程中浓度分布的数值模拟及实验研究

使用POLYFLOW软件对HAAKE混合器中PE-LLD/SBS体系共混过程进行了三维等温数值模拟。通过对混合器位置、转子转速、分散相比例和温度等因素的分析,研究了PE-LLD/SBS熔体在HAAKE混合器中SBS相浓度随时间的分布的规律。并通过实验对模拟结果进行验证,结果表明数值模拟与实验结果有较好的吻合。     

Kenics混合器混合性能的模拟研究

利用Fluent有限元分析软件计算了流体流过Kenics混合器过程中的应变速率,进而分析混合元件转速与旋转式Kenics混合器混合效率的关系,以及混合元件与机筒间隙对静态和旋转式Kenics混合器对混合效率的影响。模拟分析结果表明:旋转式Kenics混合器混合效率随转速增加而提高;减小混合元件与机筒间间隙有利于增加静态Kenics混合器混合效率,但间隙的减小对旋转式Kenics混合器混合效率的影响却很小。     

同步同向转子密炼机性能的研究

首次提出同步同向转子密炼机的混炼原理,并通过在Ｘ（ Ｓ） Ｍ－ １ ．７ 同步同向转子密炼机上的实验来研究和分析同步同向转子对混炼过程的影响。     

双转子连续混炼机转子混炼段流场的数值研究

采用有限元分析软件POLYFLOW对非牛顿聚合物熔体在ECM30双转子连续混炼机转子混炼段的三维等温流动进行了数值模拟，得到了转子混炼段流场的压力、各速度分量、剪切速率的分布。通过对这些流场参数分布的分析。发现在该类混炼机的轴向存在着一定的反向流动。使得该设备具有较强的轴向分布混合特性；另一方面，转子螺棱顶部与机筒内壁的问隙处存在较大的剪切速率，保证了对物料进行有效的分散。     

密炼机混炼工艺参数对焦烧影响的初步研究

通过对一种胎面胶三段混炼过程参数统计分析,指出塑炼段和第２段混煤过程对混炼胶焦烧性能影响较大,混炼能量消耗与焦烧的相关因素比与时间、温度和功率的都大,而温度与焦烧的相关因素有正有负,影响比较复杂。分别使用三段混炼过程全部参数、塑炼段和第３段混炼的参数和只用第３段混炼的参数回归建立预测焦烧的数学模型,复相关因数分别为０．９４１,０．８３５和０．８１４,预测平均相对偏差分别为１２．９％,９．９４％和１