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多层共挤流涎成形过程温度控制技术研究

作　者: 李福森
导　师: 王栓虎
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 塑料薄膜骤冷辊冷却机理数值模拟温度控制模糊PID控制
分类号: TQ320.721
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

流涎法生产塑料薄膜的过程中,从挤出机模头挤出的熔融聚合物的冷却过程决定着塑料薄膜的质量与性能。塑料薄膜冷却定形过程是整个流涎薄膜机组工作中重要的工序。针对塑料薄膜在骤冷辊上冷却定形问题以及高速流涎成形骤冷辊温度场稳定性和均匀性问题展开了一系列的研究,并设计了骤冷辊温度控制系统。首先进行了骤冷辊冷却水流道的结构设计,根据加工工艺、技术设备及温度控制等要求设计了骤冷辊双向回流式螺旋流道结构；其次应用Fluent软件对塑料薄膜在骤冷辊上的冷却过程进行了数值模拟,分析了塑料薄膜、冷却水、骤冷辊之间导热、对流、辐射综合的非稳态传热过程,获得了稳定工况下塑料薄膜与骤冷辊换热过程中的温度变化规律,并提出了使薄膜晶态结构趋于一致的措施；再次对不同结构的骤冷辊及流量不同的情况下塑料薄膜与骤冷辊的换热过程进行了仿真分析,得出了骤冷辊流道尺寸及冷却水流量对骤冷辊与冷却水换热强度的影响趋势,找出了影响塑料薄膜冷却速率的主要因素；最后设计了骤冷辊恒温冷却控制系统,实现了骤冷辊表面温度的精确控制。研究结果表明,该研究可以为骤冷辊结构的合理设计、流道参数的优化提供帮助,在工程生产应用中有一定的指导意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 论文研究的背景与意义  8-9
  1.2 流涎法生产塑料薄膜的技术发展  9-12
    1.2.1 流涎成形工艺  9-11
    1.2.2 流涎成形中的关键问题  11-12
  1.3 流涎成形机组温度控制的技术现状  12-14
    1.3.1 流涎成形机组的国内外发展状况  12-13
    1.3.2 塑料薄膜冷却机理的研究现状  13
    1.3.3 智能控制技术在温控系统中的应用  13-14
  1.4 论文研究的内容与目标  14
  1.5 论文的组织结构  14-16
2 塑料薄膜冷却机理分析  16-32
  2.1 薄膜成形过程中的换热模式  16-17
  2.2 塑料薄膜冷却时的传热过程分析  17-19
  2.3 Fluent软件在仿真过程中的应用  19-22
    2.3.1 Fluent软件的应用  20-21
    2.3.2 换热基本控制方程的应用  21-22
  2.4 塑料薄膜换热过程中的仿真分析  22-31
    2.4.1 模型的建立及Gambit网格划分  22-23
    2.4.2 Fluent中计算模型的选择  23
    2.4.3 物性参数选择  23-25
    2.4.4 边界条件的指定  25-27
    2.4.5 求解设置及控制迭代  27
    2.4.6 结果分析  27-31
      2.4.6.1 换热量分析  27-28
      2.4.6.2 塑料薄膜温度变化  28-29
      2.4.6.3 薄膜厚度对塑料薄膜冷却速率的影响  29
      2.4.6.4 生产速率对塑料薄膜冷却速率的影响  29-30
      2.4.6.5 薄膜结晶情况分析  30-31
  2.5 本章小结  31-32
3 冷却水流道结构及流量对骤冷辊换热强度的影响  32-48
  3.1 引言  32
  3.2 骤冷辊的结构  32-33
  3.3 塑料薄膜与骤冷辊换热过程分析  33-37
    3.3.1 换热机理的分析  34-36
    3.3.2 换热基本控制方程的应用  36-37
  3.4 骤冷辊换热过程中的仿真计算  37-46
    3.4.1 建模分析  37-38
    3.4.2 指定边界条件  38-40
    3.4.3 求解控制  40-41
    3.4.4 结果分析  41-46
      3.4.4.1 骤冷辊辊面温度变化  41-42
      3.4.4.2 冷却水流速对换热强度的影响  42-44
      3.4.4.3 骤冷辊辊壁厚度对塑料薄膜冷却速率的影响  44
      3.4.4.4 流道尺寸对换热强度的影响  44-46
  3.5 模拟结果的讨论  46-47
  3.6 本章小结  47-48
4 骤冷辊温度控制系统方案设计  48-54
  4.1 引言  48
  4.2 温度控制系统方案设计  48-52
    4.2.1 流体循环式电加热器温度控制方案  48-49
    4.2.2 有控制阀的温度控制方案  49-50
    4.2.3 PLC温度控制方案  50-51
    4.2.4 热交换器温度控制方案  51-52
  4.3 设计方案的选择  52-53
  4.4 本章小结  53-54
5 骤冷辊温度控制系统的研究与实现  54-62
  5.1 温控系统总体结构  54
  5.2 冷却水温度控制系统的硬件设计  54-58
    5.2.1 温控系统中PLC设计及选型  55-56
    5.2.2 触摸屏及应用  56-57
    5.2.3 PROFIBUS-DP总线  57-58
  5.3 骤冷辊温控系统模糊PID设计  58-60
    5.3.1 模糊PID控制原理  58-59
    5.3.2 骤冷辊温度控制器设计  59-60
  5.4 小结  60-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 研究总结  62-63
  6.2 研究展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69

多层共挤流涎成形过程温度控制技术研究

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