拉伸流动静态混合器混合性能的分析

论文摘要

拉伸流动是聚合物混合过程中一种重要的流动形式,它对分散混合和分布混合有着极其重要的影响。拉伸流动静态混合器(Extensional Flow Static Mixer,简称SEFM)是一种产生拉伸流动的混合设备,在聚合物加工过程中能够起到重要的混合作用。本文采用专业CFD(Computational Fluid Dynamics)软件——Polyflow,对SEFM的盘形结构部分几种典型结构和不同结构参数对其混合性能的影响进行了模拟计算,通过计算得到了各参数情况下的压力分布曲线、拉伸速率分布曲线、剪切速率分布曲线,停留时间分布曲线,由此分析比较了几种典型盘形结构及其结构参数对SEFM混合性能的影响。结果表明：盘棱结构为双侧曲面时压降最小,停留时间分布宽度最宽,累积停留时间最长,平均拉伸速率和最大累积拉伸速率也较大。盘棱圈数越多,混合效果越好。通过正交分析得出：盘棱高度对拉伸速率和停留时间分布起着重要的作用；影响剪切速率和压力损失的主要因素分别是盘棱顶端圆角半径和盘棱夹角。出口直径仅影响整体压力损失,对混合性能影响很小。本文通过实验,分析了几种典型结构的SEFM的混合性能,并研究了不同盘棱间隙对SEFM混合性能的影响。结果表明：有无盘棱(即有无拉伸流动)对SEFM的混合性能有着很大的影响；盘形结构的不同对SEFM混合性能有一定的影响；当盘形结构完全相同的条件下,改变两盘之间的盘棱间隙,其混合性能有很大的变化：随着盘棱间隙的逐渐增大,共混物分散相的平均粒径先是逐渐增大,然后出现一小段减小的过程,随后又逐渐增大,也就是说,随着盘棱间隙的逐渐增大,其混合性能先是逐渐变差,然后出现一小段变好的过程,然后又逐渐变差。在应用拉伸流动静态混合器的过程中,要想获得好的混合效果,需要选择合适的盘棱间隙。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 混合器的发展历史
• 1.1.2 混合器的发展现状
• 1.1.3 静态混合器在聚合物加工中的应用
• 1.2 本课题研究的主要内容、目的及意义
• 第二章 基础理论
• 2.1 聚合物共混物的混合机理
• 2.1.1 混合分类
• 2.1.2 非分散混合
• 2.1.3 分散混合
• 2.2 拉伸流动和剪切流动作用下混合的比较
• 2.2.1 拉伸流动及其作用下的混合
• 2.2.2 剪切流动及其作用下的混合
• 2.2.3 拉伸流动和剪切流动作用下的混合的比较
• 2.3 数值模拟中混合性能的表征
• 2.3.1 瞬时拉伸效率和时间平均拉伸速率
• 2.3.2 分布函数和百分粒子数
• 2.3.3 停留时间分布函数
• 2.4 聚合物共混物相态结构的表征——相观察法
• 第三章 拉伸流动静态混合器的结构及其数值模拟
• 3.1 SEFM的结构设计
• 3.1.1 SEFM的基本结构及其特点
• 3.1.2 SEFM的工作原理
• 3.2 拉伸流动静态混合器的数值模拟
• 3.2.1 POLYFLOW数值模拟的基本步骤
• 3.2.2 基本思想
• 3.2.3 数理模型、有限元模型及边界条件
• 3.2.3.1 数学模型
• 3.2.3.2 物理模型
• 3.2.3.3 有限元模型
• 3.2.3.4 坐标系的选择
• 3.2.3.5 单位制的选择
• 3.2.3.6 边界条件
• 3.2.4 模拟结果
• 3.2.4.1 模拟结果各参数的说明
• 3.2.4.2 不同盘棱结构对SEFM混合性能的影响
• 3.2.4.3 不同盘棱圈数对SEFM混合性能的影响
• 3.2.4.4 不同盘形结构入口对SEFM混合性能的影响
• 3.2.4.5 不同出口直径对SEFM混合性能的影响
• 3.2.4.6 同一盘棱结构不同尺寸对SEFM混合性能的影响（正交设计）
• 3.2.5 数值模拟结论
• 第四章 拉伸流动静态混合器混合效果的实验研究
• 4.1 实验原料及实验设备
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 实验参数设定
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 不同盘形结构对SEFM混合性能的影响
• 4.3.2 不同盘棱间隙对SEFM混合性能的影响
• 4.4 实验结果与模拟结果的比较
• 4.4.1 不同SEFM情况下的模拟结果
• 4.4.2 不同盘棱间隙情况下的模拟结果
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 5.1 本课题研究的主要结论
• 5.2 本课题的创新及主要贡献
• 5.2.1 本课题的创新点
• 5.2.2 本课题的主要贡献
• 5.3 有待于进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 作者及导师简介
• 附件