收敛流道内聚合物熔体流动的有限元模拟

利用Polyflow软件包,对收敛流道内聚合物熔体的三维流动进行了模拟,得出了压力、速度、剪切速率和延伸应变速率的分布.在此基础上,对熔体在收敛流道内的流动规律及特点进行了分析.这为流场参数的控制和机头结构的优化设计和改进提供了理论依据.     

钢塑复合异型材共挤流道内熔体流动特性的数值模拟

结合钢塑复合共挤工艺特点,建立了复合共挤出流动的数学模型。采用有限元分析软件Ansys对钢塑复合中空异型材共挤流道内熔体的三维等温非牛顿流动进行了数值模拟;讨论了内部芯材以不同速率移动时,流道内熔体压力、速度和粘度的分布特点及变化规律,并与普通异型材挤出进行了对比。结果表明:随着芯材移动速率的提高,流道内压降减小;在熔体与芯材接触结合区域,压力和速度梯度明显增加,粘度减小,易出现不稳定流动;流道内熔体有较高的轴向速率,径向速率对称分布,其流动特征为典型的收敛流动;由于芯材在牵动,熔体最大流速出现在口模成型段,即挤出熔体与芯材的会合处。     

机头流道压缩段过渡形状对管材挤出成型的影响

在分析了塑料熔体经过机头流道的流动过程与流变学特性基础上，将机头流道压缩段的过渡形状设计为直线型和圆弧型。利用Ployfow软件对直线型和圆弧型过渡压缩段的机头流道进行数值模拟，分析不同压缩段过渡形状对流道压力场、速度场和剪切速率场的影响。结果表明，流道压缩段过渡形状设计为圆弧型后，增大了熔体在成型段内的压力降、流动速度几流道出口速度均匀性，提高了管材的密实度、壁厚均匀性和力学强度，减少了熔体在流道内的停留时间。改进后的流道成型段最大壁面剪切速率从99.6 s^-1降低至76.3 s^-1,远低于硬质聚氯乙烯(PVC-U)管材表面出现鲨鱼皮现象的临界剪切速率，流道出口壁面剪切速率均匀性与管材表面质量均得到显著提高。     

鱼尾型片材机头内熔体流动的三维有限元模拟

利用ANSYS和MATLAB软件，对鱼尾型片材机头流道内熔体的速度、压力和剪切应力的分布进行三维有限元模拟和分析。通过对机头流道不同截面处熔体场量分布的模拟，探知了熔体在流道内的运动规律及特点，对口模设计具有一定的指导作用。     

PE–HD/GF复合带共挤数值模拟与实验制备

基于复合共挤成型原理,建立了高密度聚乙烯(PE–HD)/玻璃纤维(GF)复合共挤有限元模型,采用有限元软件Polyfl ow对流道内熔体的三维等温非牛顿流动行为进行了数值模拟,给出了GF以不同速度移动时流道内熔体压力和速度的分布特点及变化规律。根据数值模拟结果确定了挤出工艺参数,研制了共挤模具,制备了PE–HD/GF复合带,并进行了力学性能测试。结果表明,随着GF移动速度的提高,流道内压力减小,熔体在复合成型段挤出速度明显增加;GF移动速度达到一定值时熔体挤出速度均匀,移动速度过大则导致熔体速度分布不均匀。研制的PE–HD/GF复合带拉伸强度保留率可达GF的82%。     

片材机头内聚合物熔体流动的模拟分析

利用ANSYS和MXTLAB软件，对缩放型片材机头中熔体的速度、压力和剪切应力的分布进行三维有限元模拟和分析。通过对机头流道不同截面处熔体场量分布的模拟，探知了熔体在流道内的运动规律及特点。     

片材机头内聚合物熔体流动的模拟分析

利用ANSYS和MATLAB软件,对缩放型片材机头中熔体的速度、压力和剪切应力的分布进行三维有限元模拟和分析。通过对机头流道不同截面处熔体场量分布的模拟,探知了熔体在流道内的运动规律及特点。     

聚合物熔体收敛流动的可视化实验与理论研究

采用可视化实验技术,获和了流过楔形收敛流道的高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）熔体内着色条料的流迹图像。实验结果表明,收敛流道内ＨＤＰＥ熔体的流速与由于文推导的幂律流体较接近,在此基础上,采用该幂律流体模型,揭示了楔形收敛流道内流速与延伸应变速率随径向位置和偏心角度的变化规律,并利用该规律对聚合物熔体的连续挤出自增强作了分析。     

水下切粒模板流动场的数值分析及优化

为了完善水下切粒模板流道尺寸设计,对模板流动场进行了数值模拟和优化:首先进行塑料熔体在模板中的流体力学分析,以此为根据分析影响流道压力降的主要因素,最后对流道尺寸优化和ANSYS流动分析。结果表明:最小压力降△P=4964642(Pa);流道入口长度L1=10(mm);出口长度L2=5(mm);入口半径R1=9(mm);出口半径R2=2.9(mm);锥形角度θ为30°。流动分析显示流体在流道中的速度分布基本稳定。     

螺旋式管材机头内熔体流动的计算机模拟

介绍了用于生产管材的螺旋机头及其主要设计方法和有限元建模方法,并用有限元软件POLYFLOW对机头内的熔体流动进行了三维模拟,分析了流道内的速度分布,压力分布和剪切速率分布,并指出了现有文献对螺旋机头的分析的某些不当之处。     

注塑机止逆螺杆头三维等温流动的数值模拟

使用聚合物流动分析软件Polyflow，模拟了注塑机止逆螺杆头中的三维等温流场。选用聚苯乙烯（PS）作为模拟流体，分析了塑化和注射两个过程中注塑机止逆螺杆头流道内熔体速度和剪切应力的分布情况，并将无止逆环螺杆头与止逆螺杆头的流场进行了比较。数值模拟结果表明：塑化时熔体速度和剪切应力的最大值均出现在沟槽处，注射时二者均出现在流道出口处；止逆螺杆头沟槽处熔体的回泄量和回泄速度较无止逆环螺杆头小得多，且沟槽处回泄的熔体到达止逆环时已被完全消除。这说明止逆环的存在可以有效地防止熔体回泄。     

非牛顿流体自然收敛半角方程的实验验证

引言非牛顿流体从大截面流道进入小截面流道时形成的收敛流动，是工业过程中常见的流型，如石油输运、聚合物加工过程等．流体的自然收敛角定量地描述了流体在流道入口前区的流动形态．在先前的工作中，作者应用最小能原理，导出非牛顿流体自然收敛半角方程式中，e是Bagley校正因子，n是非牛顿指数，是与流体的粘附性能有关的系数．聚合物熔体属于典型的非牛顿流体．本工作中，拟在考察聚乙烯熔体于毛细管挤出过程中流变行为的基础上，对方程（2）作初步验证1实验1.1原材料选用高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）作为试样材料…     

管材机头流道几何参数的优化设计

应用粘性流体的基本理论，分析了聚合物材料在管材机头流道内的流动。以单位产量能耗最小为优化目标，建立了简化的管材机头收敛流道几何参数优化设计的数学模型，应用复合形法求解。最后，确定出其主要几何参数收敛内半径、收敛外半径和收敛内半角的推荐值。     

聚合物熔体全三维非等温数值模拟

采用基于交错网格的有限体积法(FVM)离散了4大方程,给出了能量方程的全三维离散格式。运用SIMPLE算法求解了矩形截面流道内熔体的速度场和压力场,通过耦合动量方程和能量方程,进而得到整个机头流道内温度的分布。计算中采用了Carreau流变模型,并给出了作为温度函数的流动指数n的解析表达式。模拟结果表明:在入口区,熔体从近壁面区域向流道的中心区域汇集,进入全展流区后,熔体的流场不再变化;熔体内温度分布较为复杂,影响因素众多。     

PVC–U管材挤出机头流道优化设计

为提高管材挤出机头的加工性能,加强机头流道的塑化作用,以挤出机头中直通式管材挤出机头作为研究对象,建立其挤出加工过程的数学模型,利用ANSYS Fluent软件对管材挤出机头流道的流动过程进行模拟研究,用CFD-post对模拟结果进行分析,并根据模拟结果对管材挤出机头流道的结构进行优化设计。模拟结果表明:优化后的管材挤出机头流道增加了熔体的流动速度,减少了熔体在机头流道内的停留时间,提高了流动性能;并降低了压缩段末端的压力降,提高了成型段上的压力降,增强了熔体的塑化性能,使制品变得更加紧密。     

螺杆轴向移动对塑化流场均匀性影响的三维仿真研究

采用Polyflow软件对相同工艺条件下螺杆挤出机和往复式螺杆注塑机塑化时计量段流道内熔体进行了三维非等温流动模拟。比较两者中温度场、黏度场、速度场及压力场分布。结果表明,挤出螺杆塑化时的温度和黏度分布更加均匀;注射螺杆后退有利于提高熔体输送能力,但挤出螺杆塑化更稳定。     

超高摩尔质量聚乙烯薄膜挤出成型有限元模拟

建立了超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)薄膜熔体挤出成型有限元模型,采用鱼尾式机头设计了厚度为1mm、幅度为100 mm的UHMWPE薄膜挤出模具,基于有限元软件Polyflow对挤出流道内熔体的流动开展了有限元模拟,采用不同几何模型分别获得了流道内熔体速度和压力的分布规律。分析了有无阻流块、有无稳流区和不同长度成型区对流动的影响,获得了阻流块高度、稳流区长度、成型区长度对挤出成型的影响规律和影响效果,对UHMWPE薄膜挤出口模设计给出了建议。     

聚合物熔体在异型材三维动态挤出口模内的停留时间分布

利用ANSYS软件对受口模入口处周期性振动的压力驱动的聚合物熔体在“Y”形和“L”形异型材挤出口模内的停留时间分布进行了数值模拟。设熔体流动为三维等温广义牛顿幂律流动，在求得速度场后，应用路线示踪法跟踪流场中任一粒子的流动轨迹，进而求得熔体在口模中的停留时间分布。通过改变振动参数再重复计算，总结出振动参数对停留时间分布的影响规律。结果表明：压力的振动能有效地缩短熔体在口模内的停留时间，振幅和频率越高则停留时间越短，而且在靠近口模流道壁面处停留时间的缩短最明显，表明振动的引入可以降低壁面附近的流动阻力，使截面上的流速更平稳，从而改善挤出制品的表观质量。     

数值模拟研究螺纹元件的混合性能

使用FEM方法数值模拟了同向双螺杆螺纹混合元件和普通螺纹元件流道中硬聚氯乙烯的流动过程,计算了2种螺纹元件流道内熔体的非等温流场,使用粒子示踪法统计分析了2种螺纹元件流道内熔体的混合性能.研究结果表明,螺纹混合元件具有较均匀的剪切速率分布、较平缓的温度分布和较强的分散与分布混合能力,但是其输送能力较小.     

微纳层叠聚丙烯腈凝胶流动特性的数值模拟研究

建立了层叠流道的三维模型和有限元网格模型，根据流变测试数据，采用Polymat对物料的黏度模型参数进行拟合，并利用Polyflow软件对聚丙烯腈（PAN）凝胶在层叠流道内的三维等温流动过程进行了数值模拟分析。研究发现，当入口流量增大时，层叠流道出口速度的不均匀性增加；沿流动方向流道内压力逐渐降低，并在出口处降低至同一最低值；流道进出口压力差与入口流量大小具有正相关性；在流道的中心截面上剪切速率分布均匀，波动较小。