衣架式板材挤出机头流场分析与控制

论文摘要

塑料板材制品的质量很大程度上取决于机头流场的均匀性,而作为成型设备的主要部件——机头,其设计多存在弊端,使得塑料制品的生产不稳定,影响制品质量。以此,对塑料板材制品在生产过程中均匀性要求的研究与调控显得十分重要。本文通过了解机头入口处的压力波动特性,相关研究人员提出的减小压力波动的方法,分析压力波动的特点和时域关系,设计了一款平缓压力波动装置,并建立该装置运动的数学模型。利用CFD软件FLUENT分析装置的可行性,以及该装置对入口处压力波动的影响。另外分析了影响机头流场均匀性的一个重要因素——阻尼区,分析其整体高度的变化和局部高度变化对流场均匀性的影响。通过模拟分析平缓压力波动装置作用下的入口流场,得出该装置降低了入口的压力波动,提高了机头入口熔体流动的均匀性。针对阻尼区高度调节作用的研究得出,阻尼区越高,挤出的均匀性越差,降低其高度则能提高挤出的均匀性,然而降低高度也升高了机头内的压力,增加了机头压力差。得出阻尼区局部高度的调节作用下降低了局部的紊流,提高了挤出的均匀性。平缓压力波动装置平缓的是挤出方向上与时间相关的压力波动,阻尼区的作用是调整机头幅宽截面上的流动均匀性。通过平缓压力波动装置作用,机头入口的压力波动减小,而伴随产生幅宽截面上的流动不均匀性可以通过阻尼区来调节改善。在两种装置的综合作用下,流场均匀性有了很大的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 机头内聚合物熔体流动研究现状
• 1.2.1 普通螺杆挤出机存在的问题
• 1.2.2 衣架式挤出机头内的流场分析
• 1.3 CFD 求解过程
• 1.4 挤出过程简介及流体流动性能的影响
• 1.4.1 整个挤出过程分为以下几个部分
• 1.4.2 流动性能的影响因素
• 1.5 本文研究重点
• 1.6 本章小结
• 第二章 机头入口处熔体流动均匀性的研究
• 2.1 材料的弹性效应
• 2.2 挤出时的波动
• 2.3 波动的定量描述及各个因素对波动的影响
• 2.3.1 生产率方程和压力波动表达式
• 2.3.2 计量段槽深对波动的影响
• 2.3.3 计量段长度对波动的影响
• 2.3.4 机头口模形状系数对波动的影响
• 2.3.5 粘度对波动的影响以及压缩段和加料段对波动的影响
• 2.4 正弦压力波动作用对出口的影响
• 2.5 解决机头入口压力波动的初步设想
• 2.6 压力波动缓冲装置
• 2.6.1 压力波动缓冲装置工作说明
• 2.6.2 压力波动缓冲装置运动分析
• 2.6.3 压力波动缓冲装置强度校核
• 2.7 FLUENT 模拟压力波动装置对流场的影响
• 2.8 本章小结
• 第三章 衣架板机头熔体流场分析
• 3.1 基本理论知识
• 3.1.1 熔融聚合物材料流变学
• 3.1.2 材料的粘性行为
• 3.2 流场分析模型的建立
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 控制方程
• 3.3 几何模型
• 3.3.1 衣架式机头
• 3.3.2 衣架式机头三维立体流道
• 3.4 有限体积模型及遵循法则
• 3.4.1 有限体积模型
• 3.4.2 有限体积法基本思路
• 3.4.3 有限体积法的四条基本原则
• 3.4.4、坐标系的选择
• 3.4.5 网格的划分
• 3.5 流道的流场计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 阻尼区对流场的影响
• 4.1 阻尼棒的作用
• 4.2 阻尼棒的确定
• 4.3 阻尼棒的调节
• 4.3.1 阻尼区高度整体调节分析
• 4.3.2 阻尼块局部的控制
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 附录：压力波动缓冲器装配图及零件图
• 致谢