聚合物双组分复合共挤成型的挤出胀大研究

以PP和PS两种聚合物为实验材料,使用截面为矩形、层比为1的双层共挤口模,实验研究了聚合物共挤成型过程中的挤出胀大现象.采用Phan-ThienandTanner(PTT)本构方程,建立了复合共挤口模内外熔体流动的三维黏弹数值模型,有限元模拟了共挤出的胀大过程,计算分析了熔体在口模内外的速度场及剪切速率分布.研究表明,在入口体积流量相同的情况下,两熔体挤出口模后,存在由黏度较低的PP向黏度较高的PS一侧偏转的现象,型材截面呈不对称畸变.数值模拟结果与实验结果较吻合,两种聚合物熔体的速度分布决定了共挤出胀大过程中熔体的偏转流动行为,口模出口处的剪切速率分布基本决定了挤出胀大后型材的截面形状.     

数值模拟橡胶挤出口模内熔体的非等温流动

使用CFD软件Polyflow,采用非等温的本构方程逆向挤出数字设计了汽车密封件橡胶口模.数值模拟该橡胶口模的挤出过程,数值计算了口模内橡胶熔体的非等温流场,讨论了温度对口模结构尺寸和橡胶熔体流变行为的影响.研究结果表明,沿熔体流动的方向,非等温熔体的平均速度和平均压力比等温的大,平均剪切应力和平均黏度都低于等温.与实际产品截面比较,非等温模拟的口模截面形状比等温的更接近实际情况,相对误差仅为1.63%.非等温的数值模拟更接近口模挤出的实际情况.采用非等温的本构方程设计口模将提高口模和产品的质量.     

柱坐标声波方程正演两种PML边界加载方式的对比

分析了地震波场模拟中直角坐标系下一阶声压速度方程完全匹配层边界的两种不同的添加方式,讨论了其等价性。进而针对柱坐标系下一阶声压速度方程的特殊形式,推导出在柱坐标系下进行波场模拟的完全匹配层边界的特殊形式,指出柱坐标一阶方程中两种完全匹配层添加方式的不等价性。最后通过数值试验对两种不同的边界条件的实际应用效果进行了比较,结果表明变量复值化这一吸收边界实现方式在相同参数设置下的实际应用效果要优于直接引入衰减系数。     

滑移边界下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动

为进一步研究微尺度下气膜厚度阶跃变化的阶形板间气体流动的相关物理特性,通过代入适用于任意克努森数的新滑移边界条件修正雷诺方程,应用有限体积法迭代求解了阶形板间沿气体流动方向的气膜压力和克努森数分布曲线,沿高度方向的气体流动速度分布曲线,不同环境克努森数下的气膜承载力随速度参数的变化曲线。结果表明:随着气膜间克努森数进入滑流区时,边界速度滑移效应对流体流动特性作用明显,当气膜间克努森数进入过渡区时,一阶滑移与新滑移边界条件间的数值结果产生明显偏差。可知相对于滑移系数固定的一阶滑移边界条件,滑移系数随气膜间克努森数改变而变化的新滑移边界条件,可以更好地描述高度存在阶跃变化即气膜间克努森数跨区域分布的微尺度气体流动。     

滑移区稀薄气体外掠圆柱体换热的数值分析

针对滑移流区稀薄气体横掠圆柱体的强制对流换热问题,采用气体分子动力学,对速度滑移与温度跳跃边界条件以热流密度项与壁面切应力项形式进行修正,并植入到Fluent软件中,实现滑移流区换热的数值模拟。对雷诺数Re范围为0.001~20、克努森数Kn范围为0.001~3的工况进行了数值计算,并与实验结果进行对比。结果表明:采用滑移边界修正的CFD模型,可实现对稀薄气体滑移流区流动换热的精确模拟;当气体流态处于连续流状态(Kn≤0.01)时,边界条件的变化对数值结果影响不大;当气体流态处于滑移流状态(Kn范围为0.01~0.1)时,采用提出的滑移边界修正模型将能得到更加准确的计算结果;并且采用该模型可以对部分过渡流区(0.1相似文献   

熔体吹气发泡法制备泡沫铝的准三维数值模拟

为了分析气泡与铝熔体间的相互作用及汽液两相流动特性,提出准三维模型,即用多重参考系法模拟横向桨叶平面,用边界条件模型模拟纵向平面的搅拌过程,并将两种方法进行耦合;应用双流体模犁模拟气液两相流场,标准k-ε湍流模型模拟液相流场的湍流效应.计算结果表明,最大周向速度在桨叶端部附近,桨叶上下方,各形成一个回流区,气体射流作用下,流场内旋涡较强;平均含气率随着气体流率及桨叶转速的增大而增大.     

基于Boltzmann模型方程的平板Couette流计算

将基于Boltzmann模型方程的气体运动论统一算法推广应用于Couette槽道流计算,发展可用于槽道流问题的气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法,研究建立模拟不同Knudsen数二维低速槽道流动问题的气体运动论数值算法,通过将近连续流到高稀薄区Couette剪切流计算结果与基于微观分子统计模拟的类DSMC值、基于宏观流体力学滑移Navier-Stokes解和线化Boltzmann近似解比较分析,显示出该文发展的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法对不同尺度槽道流问题具有很强的模拟能力。     

一类复杂型腔内聚合物充模过程的数值模拟

基于一类厚度不均衡的三维复杂型腔,对聚合物注射成型的充模过程进行数值模拟.型腔不规则边界的处理采用区域扩充法,拟建立Navier-Stokes方程和Level Set方程耦合的两相流体模型,采用同位网格有限体积法及SIMPLE算法对模型分别进行离散和求解.基于上述模型和算法,对复杂型腔内熔体的流动和前沿界面的发展变化进行有效模拟,捕捉这类厚度不均衡型腔充模过程中的"跑道效应"与"喷泉效应".数值结果表明区域扩充法与有限体积法结合是有效的,能够模拟相对复杂型腔内聚合物熔体的充模过程.     

水平井油水分层流速度场数值模拟

依据N-S方程和相应的界面耦合条件,构建了牛顿流体牛顿流体两相流的2层和3层分离模型;用有限差分法和松弛迭代法离散和求解各种模型的方程,并模拟了水平井油水分层流流速场.模拟结果表明:水平井中由于压差作用,黏度相对较小的流体流速比较快,不同分界面高度流量和各相持率差别比较大;3层与2层分离模型模拟结果,除了分界面局部特征有些差异外,整个速度场绝对数值也有较大的不同.     

起伏地表有限元叠前逆时偏移完全匹配层

在地震波传播的数值模拟中,用有限区域代替求解无限区域地震波传播规律是一种有效手段。目前完全匹配层吸收边界条件是边界吸收最好的选择。通常正演模拟不考虑自由表面吸收条件,但在逆时偏移中,地表反射的存在会引起假的同相轴。推导了位移形式的有限元二阶声波方程的完全匹配层吸收边界条件公式,并应用于起伏地表声波方程有限元数值模拟与逆时偏移成像;通过数值分析并与传统的Clayton-Engquist吸收边界条件做了比较。计算结果表明,方法取得了理想的边界吸收效果,可以消除起伏地表反射引起的假同相轴。     

完全匹配层吸收边界条件的研究

边界反射是数值模拟中的一个关键问题。构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一。此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目的。首先给出了二维声波方程完全匹配层的公式,然后通过地面地震模型和井间地震模型数值算例与常规吸收边界条件进行了比较。结果表明,PML边界条件具有吸收更干净、相位对应关系好且能够吸收各种角度的边界反射等优点,从而验证了完全匹配层吸收效果的优越性。     

不同边界条件下的二维声波方程数值模拟

地震波场数值模拟是研究波动现象的重要手段之一,对油气田的勘探和开发具有重要意义。数值模拟过程中,需要通过添加边界条件来尽可能消除由于截断所产生的边界反射。选取雷克子波作为震源项,分别建立均匀及层状地质模型,拟定合适的波场模拟参数,实现了不同边界条件下的二维声波方程数值模拟。利用数值模拟得到的波场快照和地震记录直观地对比分析不同边界条件对边界反射的消除效果,认为透明边界条件(TBC吸收边界条件)和Clayton-Engquist边界条件(CE吸收边界条件)都能够较好地消除边界反射。最后提出了一种组合边界条件的方法。     

完全匹配层吸收边界条件的研究

边界反射是数值模拟中的一个关键问题.构建完全匹配层(PML)吸收边界条件是消除边界反射的理想方法之一.此方法是在研究区域的边界上加入吸收层,使边界上传入吸收层的波随传播距离按指数规律衰减,不产生任何反射,达到消除边界反射的目的.首先给出了二维声波方程完全匹配层的公式,然后通过地面地震模型和井间地震模型数值算例与常规吸收边界条件进行了比较.结果表明,PML边界条件具有吸收更干净、相位对应关系好且能够吸收各种角度的边界反射等优点,从而验证了完全匹配层吸收效果的优越性.     

气体辅助聚合物挤出中的二维等温粘弹流动的数值模拟

以圆棒挤出为例，采用通用的流体力学有限元软件FIDAP，以壁面剪切应力为零的边界条件代替气体辅助挤出过程中的气垫膜层的作用对新型挤出方式——气体辅助挤出二维等温流动进行了粘弹数值模拟，得出和分析了口模内外的流线、速度、压力、应力分布和挤出胀大率等模拟结果，并将模拟结果和传统挤出进行了对比．分析和对比表明：气辅挤出可以基本消除挤出胀大，和传统挤出时的速度场、压力场和应力场在口模出口处沿轴向和径向均变化剧烈，而口模内部变化平缓的情况相比，气辅挤出时在有气辅段内各处的流线、速度、压力、应力很快趋同，到出口处几乎完全一致，从而可有效消除挤出过程中的“鲨鱼皮”现象，提高挤出制品的表面质量。     

聚合物中空型材气辅挤出三维黏弹数值模拟

根据中空型材的结构特点,利用三维等温微分黏弹有限元方法,对中空"回"型截面型材的4种聚合物熔体挤出方式(无气辅、内/外壁单气辅和内外壁双气辅挤出)在口模内外的流动场进行数值模拟,得到4种挤出方式的离模膨胀率、压力场、速度场、剪切速率和法向应力场分布情况。研究结果表明:对于内/外壁单气辅挤出,由于内/外壁面的压力、速度、剪切速率和应力场分布不对称,使得挤出熔体容易出现突出的膨胀/收缩现象;虽然无气辅挤出的各种物理场数值相对较大,但由于内外壁面产生的物理场均存在相互反作用,离模膨胀效应却不是特别严重;而内外壁双气辅挤出,由于熔体内外壁均满足完全滑移条件,使得压力、法向速度、剪切速率和应力场均为0,离模膨胀效应得到有效消除。     

不同边界条件下的二维声波方程数值模拟研究

地震波场数值模拟是研究波动现象的重要手段之一,它对于油气田的勘探和开发具有重要意义。数值模拟过程中,需要通过添加边界条件来尽可能消除由于截断所产生的边界反射。本文选取雷克子波作为震源项,分别建立均匀及层状地质模型,拟定合适的波场模拟参数,实现了不同边界条件下的二维声波方程数值模拟。利用数值模拟得到的波场快照和地震记录直观地对比分析不同边界条件对边界反射的消除效果,本文认为透明边界条件(以下简称TBC吸收边界条件)和Clayton-Engquist边界条件(以下简称CE吸收边界条件)都能够较好地消除边界反射。最后,本文提出了一种组合边界条件的方法。     

基于自适应有限元枝晶自由生长相场模型模拟

利用相场模型模拟了过冷熔体中单个完整等轴枝晶在凝固过程中的生长和形貌演化,采用自适应有限元方法求解相场模型的控制方程,研究了在计算域较大、界面层厚度较薄的情况下各向异性和过冷度等物理参数对枝晶形状和生长的影响.结果表明:过冷度越大,枝晶间竞争越激烈,生长速度越慢;各向异性系数越大,枝晶沿选定方向生长的趋势越强,生长速度越快,二次枝晶间距越小,侧向分枝越发达. 与有限差分方法(FDM)相比,采用自适应有限元法(AFM)在CPU计算时间和存储空间均降低了一个数量级,并且系统尺寸越大,自适应有限元法优势越明显,便于更大尺度多场耦合相场模型的数值模拟.通过比较均匀网格法和以往的晶体生长数值模拟实验,证明了自适应有限元法的准确性、高效性和鲁棒性.     

一类二维有界域上稳态热传导方程侧边值问题的计算方法

为了由二维区域部分边界地温观测数据推算区域内部地温场,建立一类具有非齐次边界条件稳态热传导方程侧边值问题的数学模型并进行数值求解。该数学模型是一类典型的不适定问题。利用齐次化原理,将问题中的非齐次边界条件齐次化。通过分离变量法将非齐次方程转化成第一类Fredholm积分方程。利用正则化方法求解不适定积分方程,得到未知边界条件,进一步求得泊松方程侧边值问题的数值解。依据所提出的数值方法,设计了三个数值算例,可由矩形域三条边界上的温度数据及其中一条边上的地温梯度数据,计算矩形区域上的地温场。本成果对地热资源勘探开发和岩石圈热结构研究中地温场的数值模拟具有参考意义。     

组合梁考虑滑移效应的理论分析

钢-混凝土组合梁的刚度和挠度分析因可能受到两者界面的相对滑移影响而十分复杂.针对组合梁受界面滑移效应的影响,进行了静力线弹性分析,提出了组合梁挠度计算的二阶算法,分别建立了关于组合梁考虑滑移效应的挠度和层间相对滑移的二阶常微分方程,给出了相应的边界条件,求得了简支梁、悬臂梁、两端固定梁和一端简支一端固定梁4种不同边界条件组合梁在不同荷载作用下的层间相对滑移和挠度的理论精确解,并给出了组合梁受层间滑移效应影响的内力计算.通过与组合梁挠度计算高阶算法的对比,二阶算法简化了组合梁考虑滑移效应的挠度计算,给出了相对全面的计算结果.     

广义Maxwell速度滑移边界模型

针对存在挤压速度情形的近连续滑移流区微轴承内气体流动,基于气固界面Knudsen层内动量和能量通量的守恒,利用Grad13矩近似的速度分布函数,详细推导广义Maxwell速度滑移边界模型,给出了其与典型Maxwell速度滑移边界的差别.研究表明在不考虑壁面温度梯度和挤压速度影响时,所得到的广义Maxwell速度滑移边界模型与典型Maxwell速度滑移模型是一致的;通过在微尺度气体轴承流动控制方程应用,获得一套适于气体轴承内流动气固表面速度滑移边界数学模型.