层流假设在型腔充填过程数值模拟中的适用性

根据Ｊ．Ｃａｍｐｂｅｌ的基准实险,采用层流假设和紊流模型对其充填过程中的流动现象进行三维数值模拟,进而逐步改变其直浇道高度,用上述２种方法进行数值模拟实验对比．根据所得结果的比较,提出了一个浇注系统最小断面处的临界雷诺数,该处的雷诺数小于此值时,采用层流假设进行模拟是合适的;而大于此值时,应采用紊流模型．     

T型模头熔体流动与模具变形耦合的数值模拟

为了研究T型模头熔体出口的流率均匀性,利用计算流体动力学软件Polyflow对一种T型模头内的熔体流动和模具变形进行了耦合数值模拟.结果表明:模具流道表面沿模具厚度方向的变形在挤出方向和模具宽度方向均为非线性变化,造成熔体出口流率均匀性与不考虑模具变形的理论设计结果相差较大;随着挤出量增加,狭缝沿模具厚度方向的变形增大,熔体出口流率均匀性降低;随着模具厚度增加,狭缝沿模具厚度方向的变形减小,熔体出口流率均匀性提高.     

T型挤出模具平衡流道的设计

T型挤出模具是一种广泛使用的平缝型模具。为提高熔体出口流率沿模具宽度方向的均匀性,采用现有设计方法设计流道时,通常采用增加歧管半径或减小阻流区厚度的方法,前者使熔体停留时间增加,后者使挤出压力急剧增加,工程中还需要采用其他措施才能满足使用要求。为此,文中提出采用厚度不同的两个阻流区,在满足熔体出口流率沿模具宽度方向均匀的条件下,利用流变学理论推导了两个阻流区的分界形状曲线;并将该方法与传统的T型模具设计方法进行了对比。结果表明:采用该设计方法,通过对歧管半径和两个阻流区厚度及其分界形状曲线的设计,能够显著降低熔体的停留时间,而其挤出压力能够根据工艺需求进行调整,可用于指导T型模具流道的设计。     

偏心转子挤出机中UHMWPE熔体流动特性的数值模拟

偏心转子挤出机具有良好的正位移输送特性,能有效解决超高分子量聚乙烯（UHMWPE）由于壁面滑移造成的加工困难的问题。为了揭示UHMWPE在偏心转子挤出机输送段的熔体流动特性,采用实验与数值模拟相结合的方法确定了UHMWPE熔体壁面滑移的模型参数,利用ANSYS Polyflow软件对UHMWPE熔体的流场进行了数值模拟。结果表明：偏心转子挤出机中转子和定子啮合形成的容腔能够实现对UHMWPE熔体的正位移输送,容腔截面尺寸的变化在熔体中产生了拉伸流场;在每个容腔的入口和出口附近分别形成正压和负压,啮合间隙不为0时,造成容腔中熔体的逆流和漏流,使容腔出口处的平均流率低于理论流率。偏心转子挤出机加工UHMWPE时,容腔出口处熔体的瞬时流率和平均流率与转子转速成正比,流率脉动率保持不变;减小转子和定子间的啮合间隙,容腔出口处熔体的平均流率增加,流率脉动率减小,增强了偏心转子挤出机中熔体的正位移输运。     

氧枪喷头冷却水流动特性的数值模拟

采用紊流的K—ε模型研究紊流流动现象，利用通度系数法处理计算域中的非直边界，对某钢铁公司氧枪喷头中冷却水的流动特性进行了模拟．结果表明，现用喷头由于兜水板设计不合理，在喷头端面中心区存在死区而不能进行有效冷却．文中对兜水板的结构进行了优化．模拟计算表明，优化后的喷头可确保冷却水以高速流遍整个喷头端面，达到对喷头端面有效冷却的目的．     

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。     

铸型型腔充填过程的准三维水模拟实验

采用高强度片光源,并在水中加入片状铝屑的方法,对含有型芯的较复杂型腔进行了充填过程的水模拟实验,通过逐步显示不同切面上自由表面在充填过程中的演变,反映了此过程中自由表面的三维变化,该实验可用以检验铸型型腔充填过程中流动现象的三维数值模拟软件的可靠性。     

简化代数应力模型在型腔充填数值模拟中的应用

针对型腔充填过程中的紊流流动,将计及紊流各向异性的简化代数应力模型引入ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件中,并通过对确定自由表面界面流率的ｖａｎ Ｌｅｅｒ 格式进行修正,完成了恒温流体充填过程三维时均速度场和自由表面的数值模拟．与实验结果的对比表明,基于ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件开发的充填模拟能够对复杂型腔的充填过程进行数值计算