螺旋芯棒式吹膜机头流场的模拟分析

论文摘要

随着国民经济的发展，塑料薄膜需求不断增长。薄膜挤出吹塑是应用最广泛的塑料薄膜加工方法之一，而螺旋芯棒式机头则是应用最为广泛的、先进的吹膜机头。本文对其流道中的流场进行模拟分析，以提高或改善其成型加工性能。本文建立了螺旋芯棒式吹模机头的数理模型和有限元模型，并利用专用的CFD软件POLYFLOW，对其流道中的流场进行了三维有限元模拟计算，得出了流场内的压力分布、速度分布和剪切速率分布。通过对机头内熔体粒子运动轨迹的分析发现，物料沿轴向翻越螺棱进入相邻螺槽后，会随该螺槽中的物料沿该螺槽做一段周向流动，随后在翻越下一个螺棱时再做轴向流动，以此种方式流动直至流出螺旋段。这与以前人们仅凭想象所做出的分析是不同的。本文还首次提出了轴流周向角的概念，并将其作为评价螺旋芯棒式吹膜机头性能的重要指标。本文利用正交设计的方法，对螺旋芯棒式吹模机头的主要几何参数(芯棒锥度、螺槽深度、螺旋升角、螺槽消退角等)对机头内物料流动的影响进行了分析，比较了这些参数对物料流动影响的大小，并以此为依据进行了参数优化，得到了更为适宜的几何参数。本文还对物料的物性参数、工艺参数等对流场内压力场、速度场的影响以及对机头口模出料均匀性的影响进行了分析。通过模拟计算和分析，得出了对生产实际具有指导意义的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 吹膜机头
• 1.1.1 吹膜机头简介
• 1.1.2 国外吹膜机头的技术现状及发展趋势
• 1.1.3 我国吹膜机头的现状
• 1.2 螺旋芯棒吹膜机头
• 1.2.1 简介
• 1.2.2 螺旋芯棒吹膜技术的研究成果
• 1.3 机算机辅助工程技术（CAE）
• 1.3.1 CAE技术简介
• 1.3.2 模具CAE技术的发展趋势
• 1.3.3 POLYFLOW软件简介
• 1.4 本课题研究的主要内容和意义
• 1.4.1 课题的目的和意义
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 第二章 旋芯棒吹膜机头中流场数值模拟
• 2.1 理论基础
• 2.2 机头模型的建立
• 2.2.1 机头设计
• 2.2.2 数学模型
• 2.2.3 有限元实体模型建立
• 2.2.4 物性参数及边界条件
• 2.3 计算结果分析
• 2.3.1 压力分析
• 2.3.2 速度场分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 机头几何参数的优化
• 3.1 机头性能评价指标和考察的参数标
• 3.1.1 机头性能评价指标
• 3.1.2 考察的几何参数
• 3.1.3 正交设计简介和参数的正交水平组合
• 3.2 正交设计计算结果分析
• 3.2.1 重合程度分析
• 3.2.2 出口均匀性的正交分析
• 3.2.3 压力的正交分析
• 3.2.4 最大剪切速率
• 3.2.5 参数的优化
• 3.3 定型段长度对流场的影响
• 3.3.1 对压力场的影响
• 3.3.2 剪切速率变化
• 3.3.3 对物料重合程度的影响
• 3.3.4 对出口均匀性的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 入口流量和物料性质对机头挤出性能的影响
• 4.1 入口流量对流场的影响
• 4.1.1 模型的建立
• 4.1.2 计算结果分析
• 4.2 非牛顿指数对流场的影响
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 计算结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 课题研究的结论
• 5.2 本课题的主要贡献
• 5.3 遗留问题及前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学未论文
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书