注射过程螺杆计量段三维流场的数值模拟

针对头部无螺纹和有螺纹的注塑螺杆,使用POLYFLOW软件数值模拟了注塑机螺杆计量段熔料在注射过程中的三维等温流场.讨论了两种螺杆流道的yz平面上和xy平面上不同时刻的速度场、压强场、剪切应力场和黏度场.计算结果表明,有螺纹的注塑螺杆沿着螺杆的轴线方向其速度梯度和压强值明显地增大,加强了头部熔料的剪切稀化作用,使熔料黏度降低.螺杆头部的螺纹明显阻碍了后方熔料向前流动,使得螺杆螺槽中熔料的速度梯度和压强降低,黏度增加,剪切稀化作用减弱.     

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.     

超薄注塑充模中的次相剪切效应

为克服超薄注塑充模的困难,定义了主、次相剪切的概念,分析了超薄注塑剪切场.根据泊肃叶方程,通过狭缝流变实验,重点讨论了超薄注塑过程中次相剪切对表观黏度、表观剪应力的影响,分析了次相剪切与粘性升温、入口压力的关系,发现次相剪切能有效改善超薄注塑中的熔体充模.文中还提出了超薄导光板的表面微特征混排设计方法,使熔体在流动平面内形成次相剪切,有效提高了制件填充率,验证了次相剪切效应的理论正确性.     

基于熔体黏度均匀性的注塑螺杆性能评价方法

通过理论推导和实验验证,开发了一种简便易行的测量注塑过程中熔体黏度均匀性的方法,即通过高速采集和分析塑化熔体流经注塑机喷嘴处的压力波动来反映塑化熔体的黏度波动。通过对4根不同结构类型及参数的注塑螺杆进行实验,分析螺杆构型对熔体黏度波动的影响,及熔体黏度均匀性与熔体温度均匀性、制品的质量重复精度及力学性能的关系,验证了该方法的可行性,最后从熔体黏度均匀性方面对实验用4根螺杆性能予以评价。     

螺带-螺杆搅拌槽内流动与剪切特性的数值模拟

以高黏物系混合为背景,采用数值模拟方法,选用高黏强剪切稀化流体为研究对象,考察了桨叶几何结构对螺带-螺杆搅拌槽内的流场及剪切特性的影响,研究内容包括流场精细结构(轴向速度及剪切速率分布)及搅拌槽宏观特性参数(轴向循环流量及体积平均剪切速率).计算发现,对搅拌槽内轴向速度影响最为显著的几何结构参数为螺带宽度(w_(HR)),随着w_(HR)/d_(HR)由0.05增大至0.20,最大向下无量纲轴向速度(u_z/u_(tip))_(maxD)由0.09增大至0.34;w_(HR)/d_(HR)=0.13时,搅拌槽内轴向循环流量Qz达到最大;搅拌槽内剪切速率与桨叶宽度及直径成正比,与螺距成反比;壁区影响最为敏感的为桨叶直径;s_(HR)/d_(HR)=0.4时,搅拌槽内体积平均剪切速率最高.最后,综合考虑搅拌槽内流场及剪切特性的几何效应,给出了螺带-螺杆搅拌桨设计建议.     

搅拌釜桨型对于明胶水解体系搅拌性能的数值模拟

运用计算流体力学软件FLUENT对双螺带搅拌釜、螺杆-螺带搅拌釜和INTERMIG式-螺带搅拌釜进行模拟.用GAMBIT建立流体的简化模型,采用多重参考系法处理搅拌桨区,对速度场、压力场和搅拌功率进行分析.结果表明,压力因素对浆型的选择影响较小,可以不考虑;速度场中组合浆对釜内流体流动有明显改善,且搅拌功率显著提高.综合考虑各影响因素,INTERMIG式-螺带组合桨是一种成功改进的组合桨.     

螺杆转速和机筒温度对加工聚丙烯的影响

分析工艺条件对螺杆注射加工聚丙烯的影响.在不同螺杆转速和机筒温度条件下,使用有限元法数值计算螺杆头为35°锥角且带止逆环的注射螺杆流道内熔体的三维非等温流场.分析了熔体的温度、剪切应力、黏度和黏性热.研究结果表明,在塑化过程中,当螺杆转速由45 r/min提高到105 r/min时,熔体的最大流速、剪切应力和黏性热分别增大了1.60,0.41,2.00倍.当机筒温度从573 K降低100 K时,塑化时熔体的最大速度减小了0.011 m/s,熔体的最大剪切应力、黏性热和熔体黏度分别增加了1.13,1.15,6.39倍;注射时熔体的最大流速减小了0.359 m/s,熔体的最大剪切应力、黏度和黏性热分别增大了1.32,2.40,1.87倍.     

高炉气流压强梯度场研究及其理论和实际意义

煤气流影响高炉炉料及渣铁运动的基本力学因素不是热风(煤气)压强的绝对值或总压差,而是压强梯度矢量场的性质。本文通过理论推导和实验论证压强梯度是作用于炉料及渣铁的一种体积力,并证明局部压强梯度超过炉料容积重量是炉内发生悬料的力学条件。对成渣带、风口循环区外以及渣铁滴落带的液相行为作了分析。此外,压强梯度是描述流速场和压强场,建立高炉散料流体力学模型的重要杠杆,而流体力学模型又是传热和传质模型的基础,从本研究得出指导生产的重要结论。     

壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯过程的影响

 数值模拟了壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯（RPVC）过程的影响。由Navier线性滑移定律确定螺杆壁面熔体所受的剪切应力与熔体滑移速度的关系,在不同壁面条件下,使用Polyflow软件的Eolution法,数值计算了异向锥形双螺杆计量段流道内RPVC熔体的体积流量和三维等温流场。结果表明,熔体在螺杆壁面无滑移时,螺杆流道内熔体速度大,速度梯度大,剪切速率等值线形状不规则,分布杂乱。当滑移系数小于104Pa·s/m时,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量不变。当滑移系数大于104Pa·s/m时,随着滑移系数的减小,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量增大,速度梯度减小,压力和剪切速率梯度减小,参考线上熔体压力波动减小。因此,改善壁面条件有利于提高聚合物螺杆挤出过程的稳定性,降低制品的残余应力,提高制品质量。     

异向平行啮合型双螺杆挤出机熔体输送段三维流场分析

建立了高聚物熔体在异向平行啮合型双螺杆挤出机熔体输送段的三维等温流动模型,利用ANSYS有限元分析软件对流场进行了分析,求出了熔料在螺槽内的速度场、压力场和粘度场的分布。通过流率计算,分析了不同的啮合间隙及操作条件对此类挤出机工作特性的影响。     

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。     

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．     

聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内三维粘弹流动分析

利用罚函数有限元法，采用PTT粘弹模型，对聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内的三维等温流动进行了数值模拟，得出了不同挤出量下的速度和应力分布．结果表明：口模截面上流动中心位于流动阻力较小的部分，而且这部分的流速较快；必须依据流动阻力的大小来匹配组成口模截面的各部分所对应的成型区长度，流动阻力大的部分，长度应较小，以免产生流动不平衡从而导致挤出物离模后的扭曲；过渡区对熔体在其上游的稳流区和在其下游的成型区内的流动均有明显影响；聚合物熔体的松弛时间对熔体流速无影响，对剪切应力的影响非常小，随着松弛时间的增大，熔体的粘弹性拉伸应力下降，而且熔体粘弹性拉伸应力对总拉伸应力的贡献很大．     

聚合物动态流变研究中惯性力项对熔体粘性行为的影响

针对忽略和不忽略惯性力项对熔体粘性行为的影响2种情况,分别推导出振动场中流经毛细管的聚合物熔体剪切应力、剪切速率和表观粘度的计算公式.研究结果表明,当不忽略惯性力项的影响时,这3个参数与毛细管几何尺寸、毛细管体积流量的脉动、毛细管压力降的脉动、应力和应变相位差以及聚合物材料特性等因素显著有关,使得在相同的振动力场中,熔体剪切应力、剪切速率的计算结果比忽略惯性力项时的结果小,而熔体表现粘度的计算结果比忽略惯性力项的时结果大;不忽略惯性力项影响所得到的计算结果更客观地反映了聚合物的振动剪切流变行为.     

Nonlinear Modeling of a High Precision Servo Injection Molding Machine Including Novel Molding Approach

A nonlinear mathematical model of the injection molding process for electrohydraulic servo injection molding machine (IMM) is developed. It was found necessary to consider the characteristics of asymmetric cylinder for electrohydraulic servo IMM. The model is based on the dynamics of the machine including servo valve, asymmetric cylinder and screw, and the non-Newtonian flow behavior of polymer melt in injection molding is also considered. The performance of the model was evaluated based on novel approach of molding - injection and compress molding, and the results of simulation and experimental data demonstrate the effectiveness of the model.