哈克密炼机三维流场的非等温数值模拟研究

利用流体力学计算软件Fluent对69 cm~3哈克密炼机内的聚合物熔体进行了三维非等温非稳态数值模拟,得到三维流场的瞬时温度分布,并对熔体与密炼室之间的热量传递过程进行了分析。结果表明:当粘性耗散生热量等于向外传热量时,达到热平衡状态,熔体平均温度不再变化。由于聚合物熔体具有较高的粘性生热,仅靠自然对流不足以使密炼室壁保持初始的设定温度,壁温会有所增加。流场的混合指数分布说明混合流场中剪切流动占主导地位,还包括一小部分拉伸流动和收敛流动。     

密炼机的三维流场模拟

建立同步转子和异步转子密炼机物理、数学和有限元模型，同步转子密炼机流场沿圆周取6个位置，异步转子密炼机流场沿圆周取3个位置，对密炼机流场进行有限元模拟。分析结果表明，同步转子密炼机流场在转子旋转一周内可分为两个循环，并有较多的漩涡，有利于提高胶料的分散和分布效果；异步转子密炼机流场的啮合部分有较多漩涡，在转子转过1／3周时，出现类似紊流的流动，有利于提高胶料局部分散。     

同向双螺杆挤出机捏合段三维非等温流动的数值模拟

建立了同向双螺杆挤出机捏合段三维非等温流动一种新的物理模型，利用Polyflow软件包对其进行了数值求解，给出了流道内压力、速度的分布，以及进出口压力差对捏合段流量，温度及压力的影响规律，数值结果对捏合盘的设计和工艺参数的选择有一定的指导意义。     

聚合物熔体全三维非等温数值模拟

采用基于交错网格的有限体积法(FVM)离散了4大方程,给出了能量方程的全三维离散格式。运用SIMPLE算法求解了矩形截面流道内熔体的速度场和压力场,通过耦合动量方程和能量方程,进而得到整个机头流道内温度的分布。计算中采用了Carreau流变模型,并给出了作为温度函数的流动指数n的解析表达式。模拟结果表明:在入口区,熔体从近壁面区域向流道的中心区域汇集,进入全展流区后,熔体的流场不再变化;熔体内温度分布较为复杂,影响因素众多。     

密炼机部分充满流场的二维非稳态数值模拟

以两相流模型为研究对象,利用流体力学软件FLUENT的流体体积函数（VOF）模型和动网格技术,对部分充满密炼机内的丁苯橡胶胶料-空气两相流动进行二维非稳态数值模拟,对胶料空间分布和不同区域的流场进行了详细分析。结果表明,利用VOF模型可以较真实地模拟出胶料自由界面的动态变化,得到胶料-空气两相的瞬时分布;密炼机部分充满时胶料受到转子剪切后在密炼室壁上黏附形成胶料层,转子背后形成空隙,较容易实现物料的传递和交换;适当的填充系数能够使转子棱推进区总是充满物料,且能提供较高的剪切应力使填料聚集体破碎分散;在转子背后形成不被胶料占据的空隙,扰动胶料的层流流动,并促进胶料的运动、反转和交换。     

间断等温边界下多孔介质方腔内非热平衡自然对流传热数值模拟

采用局部非热平衡模型,在方腔两侧壁面布置间断式等温边界,采用SIMPLER算法数值研究了固体骨架发热多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流,探讨了6种等温边界布置方案、孔隙率ε及Da数对方腔内自然对流与传热的影响规律。计算结果表明:在左右对称的等温边界条件下,多孔介质方腔内的流场、温度场分布出现了左右对称分布特性。孔隙率ε及Da数的增加有利于提高多孔介质方腔的整体传热量,当Da数小于10-5时,传热量Q值随Da数变化不大,且不同等温边界布置方案的Q值差别不大。随着Da数的增大,多孔介质方腔内的热对流逐渐得到发展,此时不同传热方案的Q值出现了显著的差异,并随着Da数的增大而增加。     

密炼机啮合转子的三维流场模拟

采用ADINA有限元分析软件对啮合转子所形成的三维流场进行模拟分析,得到转子6个啮合相位角的速度场分布.分析发现,啮合转子混炼区在两转子啮合区域,并且啮合区域为高压力区,高压力点在短棱附近,为设计时校核转子强度提供了校核危险点,并为转子设计提供了可靠的理论依据和技术参数.     

环形片材机头流道三维非等温流动的数值模拟

利用前期流变实验所获得的PP/CO_2粘度数据,对纯PP本构方程的各项参数进行修正。通过有限元软件Polyflow分析了含有发泡剂时聚丙烯在环形片材机头流道中的流动特性。模拟结果表明:流道压力场随着口模间隙、流道外壁温度和注气量的增大以及进料量的减小呈规律性的降低;口模间隙对压力场影响最大,口模间隙过大(>4 mm),流道即会出现过早的预发泡;注气量、进料量和口模间隙的变化基本不影响流道温度场。     

密炼机混炼橡胶的三维流场瞬态模拟

采用密炼室真实几何形状,假设胶料全部充满,建立密炼机内非等温、非牛顿橡胶流体的三维有限元模型,数值模拟分析胶料的压力、速度、温度和剪切速率等流场参数分布。分析结果表明,转子棱顶间隙处存在着一个很大的压力梯度,楔入区胶料流向密炼室轴向中间位置,而背压区和棱顶处胶料流向相反,除了密炼室内壁附近胶料温度较高外,两个转子之间区域的胶料温度也较高。     

注塑机螺杆头三维等温流场的数值模拟

使用Polyflow软件建立注塑机两种螺杆头的三维流道模型,并采用机筒静止、螺杆旋转及进行周期性往复运动的运转条件进行等温数值模拟,求解出了各自流道内的速度场、压力场和剪切应力场。对数值模拟结果的分析表明,有螺纹的螺杆头能更好地减少PVC熔料的停滞热解,增强塑化作用,但是与无螺纹螺杆头相比在防止熔料倒流方面略显不足。     

Haake混合器中双组分聚合物熔体共混过程的数值模拟研究

采用有限元分析软件POLYFLOW对发生在Haake密闭式混合器中的双组分聚合物熔体共混过程进行了二维等温数值模拟，并进行了实验验证。首先采用仅和流场有关的黏度模型对共混过程进行了数值模拟，模拟结果与实验结果符合较好。进而又考虑了共混体系中组分含量对共混体系黏度的影响，对原来的黏度模型进行了修正，修正后的数值模拟结果和实验结果更接近。通过利用数值模拟的方法进一步获悉了双组分聚合物体系对流混合的规律。     

四叶片组合静态混合器湍流传热性能的数值模拟分析

采用Fluent计算软件对四叶片组合静态混合器内湍流换热进行数值模拟并与SK型静态混合器进行对比,结果表明,在104≤Re≤105范围内,前者的传热效率比后者提高约20%. 运用场协同理论对结果进行了分析,新型静态混合器传热效率较高的主要原因为,在一个截面上有4个旋向与叶片旋向相同、旋涡半径近似等于叶片半径的纵向涡及4个旋向与叶片旋向相反、旋涡半径小于叶片半径的纵向涡,这些纵向涡能强化换热;与SK型静态混合器相比,新型静态混合器管内温度梯度基本相同,管内中心区二次流流速一定程度降低,而近壁区二次流流速差别较小,但速度场与热流场的协同程度得到明显改善.     

不同转子构型的部分充满密炼机胶料流场数值模拟

使用软件Fluent对Banbury和Roller转子部分充满状态下的密炼机胶料流场进行二维等温数值模拟.研究结果表明:Roller密炼机流场更加频繁地经历最大剪切应力,两转子间的交换更加剧烈,胶料流动更复杂;Banbury 密炼机流场的平均混合指数略大于Roller密炼机,但所需要的扭矩输入较大.     

双转子连续混炼机转子混炼段流场的数值研究

采用有限元分析软件POLYFLOW对非牛顿聚合物熔体在ECM30双转子连续混炼机转子混炼段的三维等温流动进行了数值模拟，得到了转子混炼段流场的压力、各速度分量、剪切速率的分布。通过对这些流场参数分布的分析。发现在该类混炼机的轴向存在着一定的反向流动。使得该设备具有较强的轴向分布混合特性；另一方面，转子螺棱顶部与机筒内壁的问隙处存在较大的剪切速率，保证了对物料进行有效的分散。     

静态混合器气液两相流压降的数值模拟及实验研究

气泡流经过静态混合器的压降问题涉及到舰船动力系统性能的好坏。在分析了气泡平均驰豫时间的基础上,结合k ε湍流模型,利用平衡流模型模拟静态混合器内形成的稀疏湍流气泡流,得到了混合器内两相流流场。空气—水系统的压力降实验表明,计算流体力学模拟能够很好地预测SMV型静态混合器内气泡流的压降,是静态混合器设计的有效手段。     

纵流式管壳式换热器传热与流动特性的3D数值模拟研究

文章运用CFD软件Fluent分析了三种支撑结构对壳程性能的影响,可为工业用纵流式管壳式换热器优化及强化传热提供依据.文章探讨了水在三种不同支撑结构下的流阻与传热性能,得到不同支撑结构具有不同的传热效果,螺旋片相对其它两种支撑方式更有利于提高传热综合性能,并进一步对这三种换热器的传热强化机理进行了探讨.     

弯管内部油水两项流的数值模拟

在油井出油管道以及石化生产中,油水两项流是非常常见的现象。为了减少能耗、便于制订防腐措施,利用GAMBIT软件建模以及FLUENT软件的可实现模型对弯管中油水两项流的压力场和速度场进行模拟。结果表明,管内入口直管压力呈逐阶减小趋势;弯管内壁出形成低压区且又内向外逐渐增大;而速度分布正好与压力分布规律相反,恰好与自由涡流理论的模型相符。且通过对油水两项所占体积分数分别为30%、50%、80%三种情况的模拟得出,由于水密度大于油的原因,随着油相体积分数的下降,管内整体压强减小,整体速度增大。     

淘析器内气固两相流动的数值模拟

针对现有淘析器存在分级效率低,粒料中夹带塑料粉尘和部分粒料随气流溢出的问题,采用CFD模拟软件FLUENT6.2对现有淘析器及其改进型淘析器内部的气相流场和粒子运动轨迹进行了数值模拟.气相控制方程采用标准湍流模型,颗粒运动控制方程采用随机轨道模型.模拟结果表明:改进型淘析器可消除现有淘析器出口附近的短路流:加长对流直管段,增加了气固对流时间,强化了气流对粒料表面的剪切作用;淘析区加入格栅,既规整流场,消除静电吸附,又通过碰撞振动提高了粒料表面粉尘的分离程度.