振动作用下单螺杆挤出机内聚合物熔体的流动

提出了一种求解二维耦合流场的有限差分数值模拟新方法，避免了求解压力Poisson方程。对振动力场作用下聚合物熔体在单螺杆挤出机螺槽内的流场进行了数值计算，得到了不同时刻螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力分布。结果表明，振动将导致螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力周期性变化，当振动扰动系数较大时，螺槽展开方向甚至会出现瞬时压力反流．最后，通过剪切应力的分布曲线证明本研究所得结果的正确性。     

阿基米德螺线式混炼盘混炼效果的数值计算

根据基本假设,建立了阿基米德螺线式混炼盘中熔体流动数学模型和混炼过程的计算模型,并进行了数值计算,分析了混炼盘的螺槽深度、螺槽宽度以及转速对螺槽中熔体的停留时间、剪切速率和剪切应力的影响。     

CC型单螺杆压缩机主要几何关系的研究

CC型单螺杆压缩机为单螺杆压缩机型式之一,有许多突出的优点,很有发展前途。本文推导了这种压缩机栅轮齿侵入螺槽的面积、形心、螺槽容积和理论排气孔口等一系列计算式。在此基础上,本文讨论了这种压缩机设计与制造的主要结构参数的选取原则,并通过实际计算提出了一系列推荐选取值。此外,本文还分析了这种压缩机相对CP型单螺杆压缩机所具有的突出优点。     

全啮合同向旋转双螺杆挤出机螺槽中压力分布的研究

应用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程建立了高分子聚合物在双螺杆挤出机螺槽中压力分布的计算模型．分析了喂料量、螺杆冷却方式、螺杆转速等操作工艺参数与螺槽中压力分布的关系，以及压力分布对挤出物质量（即挤出物的物理性质和力学性能）的影响．通过改善螺槽中的压力分布，寻找最佳操作工艺参数，并在此操作条件下进行了实验论证．     

注射螺杆流道熔体非等温流场的数值研究

使用CFD软件Polyflow,数值模拟了注塑机塑化和注射过程中两种止逆螺杆流道内聚丙烯熔体的三维非等温流场,讨论了流道内熔体的温度场、剪切速率场、黏度场和黏性热场.研究结果表明,塑化时,35°锥角比60°锥角螺杆流道内的熔体在螺杆头区域的温度高;注射时,35°锥角较60°锥角螺杆流道内熔体在出口处的温度和黏度都均匀.表明35°锥角螺杆与机筒配合得较好,更利于注塑成型.数值计算对比了60°锥角螺杆流道内熔体的非等温和等温流场,在螺杆头某一截面上非等温时熔体的平均黏度值比等温时的减少24%.温度影响熔体流场中各物理量的变化.非等温流场更能反映实际情况.     

螺旋芯棒式吹膜模头熔体流动特性的数值模拟

对吹塑薄膜螺旋芯棒式模头内熔体的流动现象进行了三维数值模拟。结果表明,随着螺槽的逐渐消退,螺槽内熔体的速度由入口处的沿螺槽方向流动逐渐变为沿模头轴向流动,而环形间隙内熔体的速度在入口处存在较小的环形分量,随间隙厚度的增加逐渐变为沿轴向流动。沿挤出方向,螺槽中熔体的压力等值线由垂直于螺槽逐渐变为垂直于轴向,环形间隙中熔体的压力等值线由倾斜于轴向逐渐变为垂直于轴向。     

单螺杆挤出机计量段中非牛顿流体定常流动分析

在熔体为等温不可压缩的均匀定常流且充满螺槽的前提下讨论不可压缩Carreau型非牛顿流体在单螺杆挤出机计量段的定常流动问题,分析了其相应数学模型的解的结构,为进一步的数值计算奠定了基础。     

基于Labview的单螺杆挤出机温度测控系统设计

针对单螺杆挤出机挤出PP材料稳定性差及挤出质量欠佳的问题,一是对螺杆的结构进行了改进设计,由此能够沿螺杆轴向长度方向布设6个温度传感器并能够可靠地进行测温工作,加上原本料筒处测量温度的9个点,从而可以有效监控挤出机不同位段机筒内壁与螺槽壁的温度分布状况;二是设计了一套基于Labview的温度测控程序,分析了挤出温度和压力对挤出材料的影响,通过Z-TIO温控模块内的PID控制料筒的加热或冷却使温度趋于设定值.研究结果表明,本文方案能够精确测定、描述和调控挤出熔体各区段的温度,拓展了单螺杆挤出机的温控范围,提高了熔体温度测控的精确性且操作方便.     

箭型排布的矩形微槽平板上液膜流动特性

光滑平板降膜受表面张力和接触角的影响易收缩成溪流,导致传热表面出现干斑,为解决这一问题,提出箭型排布的矩形微槽平板。通过可靠的computational fluid dynamics（CFD）计算模拟两相流理论,建立三维非稳态平板降膜数学模型,研究了箭型排布的矩形微槽平板上的液膜流动特性,并探究了微槽宽度、深度及箭型夹角对液膜在平板上铺展效果的影响。结果表明：箭型排布的矩形微槽可有效增大液膜在平板横向的铺展面积,使液膜润湿面积增大,减少平板表面干斑;在120°箭型结构下,矩形微槽最优参数为宽0.5 mm,深0.3 mm,此时可将比湿面积由光板表面的62%~89%提高到84%~94%;低雷诺数时,120°箭型结构对液膜横向铺展引导效果显著,雷诺数增大时,90°箭型结构引导效果更好。     

缝槽入口形状对气膜冷却性能的影响

通过对直缝槽、渐缩型和渐扩型缝槽的气膜冷却进行数值计算分析,获得了缝槽入口形状对气膜冷却性能的影响.首先采用基于k-ω的剪应力输运湍流模型（SST）和雷诺应力输运模型（RSTM）对缝槽气膜冷却进行了计算,并与文献数据进行了比较,验证了在相同网格质量条件下SST湍流模型能更准确地模拟缝槽气膜冷却中的流动和传热特征.在此基础上,对具有45°喷射角和具有相同缝槽出口截面积的直缝槽、渐缩型和渐扩型缝槽在不同吹风比条件下的气膜冷却效率进行了比较.数值计算结果表明,缝槽的入口几何形状对气膜冷却性能有重要影响,直缝槽的气膜冷却性能优于渐缩缝槽和渐扩缝槽;根据吹风比M=4时二次流出口附近的温度场、流线图和湍流动能分布,探讨了渐缩缝槽和渐扩缝槽冷却效率降低的原因.最后给出了M=4时缝槽出口附近的静压扰动,从机理上阐述了二次流出口后部涡形成的原因.     

单兵数字化头盔微风扇散热的理论计算与实验研究

现代战争已经步入数字化时代.这些数字化系统在提高军事作战能力的同时,也带来了不便,例如单兵数字头盔系统的散热问题.研究了基于微风扇的头盔冷却散热方法,首先建立了人体头部的传热学模型,并利用Fluent数值模拟软件,对微风扇不同风量,以及不同风流道对头部的降温影响进行了三维数值模拟.通过比较计算结果,得到了较为合适的风量值和风流道布置,两者匹配可以实现最佳散热效果.另外,本文还设计了相应的散热实验对数值模拟结果进行验证.实验中,以采用微型风扇散热的单兵数字头盔、30岁健康男性的头部作为测试对象,引入红外成像技术及热电偶测温方法对实验过程和结果加以观测和记录,结果证实了微风扇冷却头盔的有效性.同时,实验结果与数值模拟结果基本一致,证实了数值模拟方法的可行性.最后,对单兵数字化头盔的散热技术前景进行了展望,归纳总结出有待解决的基础科学和应ffJ技术问题.     

单螺杆挤出机并联式稳压装置的稳压原理及计算

研究了单螺杆挤出机的稳压装置,用MathCAD软件对其稳压作用进行了模拟计算。结果表明:通过调整稳压装置的螺杆转速和高聚物在螺杆中的存留长度,能起到良好的稳压作用,稳压效果明显、可靠,并具有适宜的稳压操作范围。     

粗糙多孔保温层的热质耦合传递分形研究

粗糙多孔保温层内部的热质耦合传递过程广泛存在于能源利用、机械隔热等工程中，为了更加真实地体现该热质耦合传递过程，将粗糙的孔隙通道描述为短周期正弦变化的毛细管道，根据达西定律、能量守恒定律和牛顿冷却定律，同时考虑粗糙度和粗糙密集度两个影响因素，提出了粗糙毛细管道的渗流系数和对流换热系数模型，分析了粗糙表面对渗流系数和对流换热系数的影响。结果表明，渗流系数模型的理论预测值与实验数据相吻合；渗流系数与面积分形维数、粗糙密集度呈正相关，与迂曲分形维数、粗糙度呈负相关；对流换热系数与渗流系数、粗糙度和粗糙密集度呈正相关，与面积分形维数、迂曲分形维数呈负相关。     

单螺杆振动诱导熔体输运模型与实验研究

采用自行修正的Tanner本构模型建立了单螺杆振动诱导塑化挤出机在熔体输运过程中的近似解析模型,根据黏性耗散功相等推导出了振动力场对熔体表观黏度的影响系数;并在单螺杆振动诱导塑化挤出机上就振动力场对聚合物熔体输运过程的影响进行了实验研究,分析了螺杆振动频率与振幅对挤出压力和挤出特性的影响规律.理论与实验结果均表明,单螺杆振动诱导熔体输运可实现低压挤出,但会导致螺杆特性变软.     

新型强化传热螺杆结构传热性能数值研究及场协同分析

利用CFD软件fluent对普通螺杆结构和新型强化传热螺杆结构在塑化计量段中的三维非等温流场进行数值模拟,研究两种结构流道内熔体的速度场、轴向和径向温度场、对流传热系数及场协同角的不同。结果表明：在塑化过程中,新型强化传热结构存在着径向的对流传质过程,加强了径向的对流传热,因此有较好的径向温度分布;新型结构较普通螺杆结构有较高的对流换热系数和较好的场协同性,从而加强了螺杆的对流传热。     

Influence of velocity on the transmission precision of the ball screw mechanism

Ball screw mechanism(BSM) is an important force-motion transfer device which is used in high-precision machine tools such as the computer numerical control. Performance parameters such as contact angle, helix angle, and the pitch radius of the screw can greatly affect the transmission precision, and the transmission precision of the BSM are not yet well resolved. In this study, ball contact point motion model is derived to assess the influence of contact angle, helix angle, and the pitch radius of the screw on transmission precision under uniform motion of the BSM. For the purpose of verifying the kinematic characteristics of the contact points between the balls and raceways under a state of uniform motion, a kinematic model is developed and values are computed for a set of boundary conditions. Comparing the simulated data to measured data, the laws of motion for the ball contact points developed in this study are confirmed. Moreover, the effect of the screw velocity on contact angle, helix angle and the pitch radius of the screw directly affects the velocity of the nut. Under the accelerated and uniform motion state of the screw, larger angular velocity of the screw results in an increase in the displacement deviation of the nut, and these parameters of the nut are considered to improve the transmission precision of the BSM. The verification of the research results provides a new research method for the study of the precision retention of ball screw mechanism.     

气体辅助注射成型充模过程数学模型的建立

根据气体辅助注射成型充模过程的特点,从流体力学基本理论出发,引入合理的假设和简化,建立了描述熔体运动和气体穿透的数学模型,并在边界条件中反映出气体穿透和表面张力对熔体充填的影响．     

铸铁水平连铸用圆结晶器水冷套换热计算方法的研究

建立了铸铁铸用圆结晶器水冷套的换热模型，给出了换热边界条件的确定方法。采用该计算方法可以计算不同水道结构参数和不同水流参数下水冷套的换热效果，其计算结果与实测结果基本符合。该计算方法可为设计结晶器水冷套时使用，并与可已有铸铁水平连铸铸坯凝固过程数值模拟计算程序结合，使之更加完善。     

不同深度凹陷内湍流流动与传热性能的数值研究

采用标准k-ω湍流模型对具有不同深度的凹陷涡发生器表面湍流传热性能进行了数值计算,获得了雷诺数(Re)在8 500~60 000内不同深度的凹陷表面湍流传热、流阻和流动特征,并拟合了传热和摩擦因子关系式.凹陷表面平均传热性能和摩擦因子随着深度的增加而增大,并且Re越高传热性能和摩擦因子越高.在低Re值(Re=8 500)时深度比(σ,凹陷表面深度与截面直径之比)为0.1和0.3的凹陷传热相差不大,平均性能较光滑平板增强约40%左右;而在高Re值(Re=50 500)时后者比前者传热提高约11%,平均换热性能较光滑平板分别增强42.1%和51.6%,摩擦因子提高30%~120%.相对于光滑通道,凹陷表面综合热性能提高10%~35%,综合热性能随凹陷深度的增加而逐渐减小.详细的凹陷表面传热分布还表明,深度比为0.1和0.2的浅凹陷涡发生器局部传热分布对称,而深度比为0.26和0.3的深凹陷局部传热分布是非对称的,这主要是由于浅凹陷与深凹陷内部具有不同的涡流结构.