学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

密炼机混炼过程中流场和温度场的模拟研究

作　者: 边慧光
导　师: 汪传生
学　校: 青岛科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 同步转子密炼机 三维造型 有限元方法 流场 温度场
分类号: TQ330.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 172次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


在聚合物加工的混炼设备中，密炼机是应用最为广泛和间歇式混炼设备。密炼机转子作为密炼机的核心部件，一直是人们研究的重点。为了更好地提高密炼机的混炼效率和炼胶质量，使人们更加清楚地掌握混炼过程、混炼机理以及密炼室内胶料的流场和温度场变化情况，人们开始运用有限元等相关软件对此进行模拟计算。本文利用ADINA有限元软件对密炼机的流场和温度场首次进行了有益的探讨研究。 本文首次建立了不同胶料流场的三维模型和同步转子密炼机的二维有限元模型，对全充满状态下包含不同转子构型的胶料流场进行了三维等温、非牛顿模拟计算，对得到速度场、压力场和粘度场等云图进行了分析，同时还对密炼机二维流场有限元模型进行了流固耦合计算，从而得出了转子在混炼过程中的应力和应变变化状态。 同时本文还对三维转子温度场和密炼机二维温度场的分布进行了分析，通过对温度场的模拟，得出了胶料在各个瞬时的温度以及密炼机不同部位的温度变化情况，对密炼机各部分的传热性能有了更进一步地了解。 通过对密炼机流场和温度场的分析，可以得出以下结论： 1．通过流场横截面剪切应力场的分析，可以得到在转子棱的顶部间隙、楔形区域和切向间隙内均存在着有利于分散的高剪切区。 2．通过对两转子流场啮合区域截面上的压力场和速度矢量场分析，首次直观地得出了在啮合区同步转子的混合能力和效率要高于异步转子的结果。 3．通过对同步转子流场在一个周期内的轴向流动分析，可以了解到，每个转子流场都有一个围绕转子的小循环流动，二者的小循环在啮合区发生混合，在两转子转过了大约1／3转的时候，流动趋势变缓，并开始转向，这个过程大概持续1／6转的时间，最后的1／3转呈与前1／3转相反的循环流动，这样在一个周期内就出现了一次完整的往复混合。通过对异步转子流场在一个周期内的轴向流动分析，左右转子流场构成一个大的单向循环流动，在过了大约1／3转的时候，流动趋势变

全文目录


前言  14-16
第一章 绪论  16-37
  1.1 密炼机的发展概况及混炼状态  16-21
    1.1.1 密炼机的发展概况  16-17
    1.1.2 密炼机转子构型概述  17-20
      1.1.2.1 剪切型转子  18
      1.1.2.2 啮合型转子  18-19
      1.1.2.3 三角形转子  19
      1.1.2.4 青岛化工学院设计的转子构型  19-20
    1.1.3 橡胶在混炼过程中主要的形态  20-21
  1.2 胶料在转子上的运动机理研究  21-24
    1.2.1 胶料在同步四棱转子上的流动机理  21-22
    1.2.2 胶料在异步四棱转子上的流动机理  22-24
  1.3 有限元分析技术  24-25
  1.4 可视化技术  25-28
    1.4.1 实验流动可视化发展概述  26
    1.4.2 计算机流动可视化研究发展概述  26-27
    1.4.3 可视化技术在橡胶混炼中的应用  27-28
  1.5 密炼机混炼过程的模拟  28-33
    1.5.1 密炼机混炼过程模拟的前沿动态  29
    1.5.1 国外聚合物加工模拟及有限元软件的开发概况  29-31
    1.5.2 计算机模拟软件近些年来的发展和转变  31-33
  1.6 密炼机模拟尚存在的一些问题  33-34
  1.7 本文研究的意义、主要内容及拟解决的问题  34-37
    1.7.1 研究目的和意义  34-35
    1.7.2 研究的主要内容  35
    1.7.3 主要拟解决的问题  35-37
第二章 转子流场的分析方法  37-53
  2.1 计算方法及思路  37-40
    2.1.1 数值计算方法的建立和发展  37-40
  2.2 模型的建立  40-48
    2.2.1 物理模型  40-42
    2.2.2 数学模型  42-46
      2.2.2.1 基本假设  42
      2.2.2.2 数学方程  42-43
      2.2.2.3 本构方程  43-46
    2.2.3 有限元模型  46-48
      2.2.3.1 坐标系的选择  46
      2.2.3.2 单位制的选择  46-47
      2.2.3.3 网格划分  47-48
  2.3 边界条件的确定  48-49
    2.3.1 速度边界条件  48-49
    2.3.2 压力边界条件  49
  2.4 流场分析使用的软件  49-51
    2.4.1 ADINA有限元分析软件简介  49-50
    2.4.2 ADINA有限元分析软件主要特点  50-51
  2.5 流场模拟  51-52
  2.6 流场模拟结果及后处理  52
  2.7 本章小结  52-53
第三章 同步转子流场和异步转子的三维流场分析  53-78
  3.1 数理模型  53-55
    3.1.1 物理模型  53-55
    3.1.2 数学模型  55
  3.2 有限元模型和边界条件  55-56
    3.2.1 有限元模型  55-56
    3.2.2 边界条件  56
  3.3 模拟结果及讨论  56-69
    3.3.1 压力场  57-59
    3.3.2 速度场  59-64
      3.3.2.1 速度矢量图  60-63
      3.3.2.2 轴向速度场  63-64
    3.3.3 粘度场  64-65
    3.3.4 剪切应力场  65-66
    3.3.5 体积流量流场  66-67
    3.3.6 可视化粒子流分析  67-69
      3.3.6.1 同步转子流场粒子流分析  67-68
      3.3.6.2 同步转子和异步转子轴向混合能力比较  68-69
    3.3.7 对转子表面的反作用力场  69
  3.4 流场在一个周期内的轴向流动分析  69-74
    3.4.1 同步转子流场在一个周期内的轴向流动分析  69-72
    3.4.2 异步转子流场在一个周期内的轴向流动分析  72-74
  3.5 同步转子0°—9°相位角排列时流场的流场分析  74-76
    3.5.1 同步转子0°—90°相位角排列时的粒子流分布情况  74-75
    3.5.2 速度场和压力场  75-76
    3.5.3 粘度场  76
  3.6 本章小结  76-78
第四章 密炼机同步转子三维温度场分析  78-91
  4.1 温度场分析概述  78-80
    4.1.1 温度场分析的必要性  78-79
    4.1.2 温度场分析的方法  79-80
  4.2 数理模型  80-82
    4.2.1 物理模型  80-81
    4.2.2 数学模型  81-82
    4.2.3 基本假设  82
  4.3 有限元模型和边界条件  82-85
    4.3.1 有限元模型  82-83
    4.3.2 边界条件  83-85
      4.3.2.1 转子内壁处的换热系数的确定  83-84
      4.3.2.2 定义材料特性  84-85
      4.3.2.3 载荷加载  85
  4.4 模拟结果及讨论  85-90
    4.4.1 温度场  86-88
    4.4.2 热流量场  88-90
  4.5 结论  90-91
第五章 二维流场的流固祸合计算  91-109
  5.1 传统的理论说明  91-95
  5.2 物理模型  95-97
    5.2.1 几何模型  95-97
    5.2.2 数学模型  97
  5.3 有限元模型和边界条件  97-99
    5.3.1 有限元模型  97-98
      5.3.1.1 坐标系的建立  97
      5.3.1.2 单位制的选择  97
      5.3.1.3 网格划分  97-98
    5.3.2 边界条件  98-99
      5.3.2.1 压力边界条件  98-99
      5.3.2.2 速度边界条件  99
      5.3.2.3 边界条件加载方式  99
  5.4 模拟结果及分析  99-108
    5.4.1 压力场  99-101
    5.4.2 速度场  101-104
      5.4.2.1 速度矢量图  102-104
      5.4.2.2 轴向速度场  104
    5.4.3 粘度场  104-105
    5.4.4 剪切应力场  105
    5.4.5 可视化粒子流分析  105-107
    5.4.6 转子的应力场  107
    5.4.7 转子的应变场  107-108
  5.5 本章小结  108-109
第六章 二维平面内温度场分析  109-124
  6.1 模型的建立  109-113
    6.1.1 混炼过程中密炼室内胶料温度场的物理模型  110
    6.1.2 混炼过程中密炼室内胶料温度场的数学模型  110-112
      6.1.2.1 能量守恒关系式  110-111
      6.1.2.2 温度场数学表达式  111
      6.1.2.3 求解过程  111-112
      6.1.2.4 基本假设  112
      6.1.2.5 模型简化  112
    6.1.3 有限元模型的建立  112-113
      6.1.3.1 坐标系的建立  112
      6.1.3.2 单位制的选择  112
      6.1.3.3 网格划分  112-113
  6.2 边界条件和初始条件的确定  113-119
    6.2.1 边界条件类型的确定  113-114
    6.2.2 冷却水孔与冷却水的对流换热系数  114-118
    6.2.3 热载荷、材料及配方的热物理参数的确定  118-119
  6.3 计算结果与分析  119-123
    6.3.1 温度场分布  119-120
    6.3.2 温度曲线  120-121
    6.3.3 热流量场  121-123
    6.3.4 温度表格  123
  6.4 本章小结  123-124
第七章 实验部分  124-136
  7.1 密炼室内胶料的温度分布  124-130
    7.1.1 实验原理及目的  124
    7.1.2 温度测量仪器的选择  124-127
      7.1.2.1 探针式温度计  124
      7.1.2.2 热电偶温度计  124-127
    7.1.3 传感器的安装  127-128
    7.1.4 实验装置  128-130
  7.2 工艺条件  130
  7.3 实验方案  130-131
  7.4 实验数据的处理  131-133
    7.4.1 胶料各个瞬时的温度曲线  131
    7.4.2 误差分析  131-132
    7.4.3 改进方法  132
    7.4.5 模拟计算与实验数据的比较及分析  132-133
  7.5 密炼室内胶料流动情况  133-135
  7.6 本章小结  135-136
总结  136-139
参考文献  139-144
致谢  144-145
攻读硕士学位期间发表的论文  145-146
独创性声明  146
关于论文使用授权的说明  146

相似论文

  1. 基于温度变化的润滑脂对接触疲劳寿命影响的研究,TH117.22
  2. 熔融碳酸盐燃料电池内流动过程数值分析,TM911.4
  3. 变频调速对密集烤房流场及烟叶烘烤质量的影响,S572
  4. 微型联合收割机气流式清选装置的仿真研究,S225.3
  5. 对旋风机气动噪声特性和预测方法研究,TH432
  6. 基于Fluent的采空区流场与瓦斯分布规律研究,TD712
  7. 某烟草加香加料机的设计与仿真研究,TS43
  8. 热丝TIG焊热丝温度分析及温度场模拟,TG422.3
  9. 燃料电池不锈钢双极板及其实验和仿真,TM911.4
  10. 红外多光谱图像仿真研究,TP391.9
  11. 透平机械叶轮偏心汽流激振不均匀流场研究,TK261
  12. 晶体加热炉三维温度场建模与可视化方法研究,TP391.41
  13. 超临界汽轮机转子热—流耦合问题的数值分析,TK261
  14. 汽车浮钳盘式制动器关键技术研究,U463.5
  15. 二次微波硬化水玻璃砂性能特征及抗吸湿性初步研究,TG221
  16. 空调用压缩机三点焊接数值模拟分析,TG44
  17. 激光表面改性温度场与应力场模拟及实验研究,TN249
  18. 热固性薄壁复合材料航空构件装配偏差分析方法研究,TB332
  19. 干式变压器漏磁场及温度场的分析与研究,TM412
  20. 岩盐层中核废料处置库温度、变形与应力场分析,TL942
  21. 高温下钢筋混凝土受弯构件抗弯承载力理论研究,TU375

中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 橡胶工业 > 一般性问题 > 制品成型工艺
© 2012 www.xueweilunwen.com