基于数值模拟的密炼机胶料密炼流动研究

论文摘要

通过对密炼机内胶料混炼流场的数值模拟分析,不仅可以了解混炼设备的混合特性,还可以在所建立有效合理的有限元求解技术的基础上,得到混炼流场内胶料的流动参数分布。但现有的三维等温全充满的密炼机胶料混炼流动数值模型不够完善。针对于此,本文对包含冷却循环系统的三维非等温全充满的密炼机胶料混炼流动进行数值计算及分析,以期得到能够反应密炼机内胶料混炼特性的流体流场分布规律。论文的主要研究内容如下：1、建立合理有效的有限元求解方法：以本实验中心的SHR-10DY型高速混合机为原型,使用专业化的三维建模软件Pro/E对模型进行参数化几何建模；对模型进行合理的简化,建立数学模型；测定SSBR胶料的物料参数,使用Polyflow的Polymat模块对SSBR橡胶的流变参数进行拟合以得本构模型参数；设定合理的边界条件。选用Gambit有限元网格划分软件对胶料混料流动区域进行六面体网格划分,对转子及冷却水道进行四面体网格划分。使用合理建立的有限元模型在Polyflow有限元求解器中进行求解,得到收敛的流场参数的数值解。2、研究60转下的胶料流场,通过胶料的速度场、温度场、压力场、粘度场、剪切速率场等流场参数分布规律,揭示了胶料的混炼流动规律。3、对于相同的转子几何构型,系统研究了不同转子转速下的胶料混炼性能。计算结果表明除胶料粘度外,转子转速的变化对其它流场参数分布几乎无影响。转子转速增大有利于胶料混炼,但易导致胶料温度分布不均匀。4、分析冷却水流量对胶料温度分布的影响,发现增大转子冷却水流量,对温度分布影响不大,并有利于胶料温度分布的均匀性。5、分析短棱的不同螺旋角对密炼流场参数的影响。结果表明,若短棱螺旋角减小,轴向速度分布范围增大,轴向输送能力降低,不利于保证胶料混炼的均匀性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 密炼机的应用历史及现状
• 1.1.1 橡胶类材料的混炼现状
• 1.1.2 密炼机在橡胶混炼工业中的重要性及研究的必要性
• 1.2 用瞬时功率控制法对密炼机混炼工艺的研究
• 1.3 国内外对密炼机内胶料的密炼流动的数值模拟研究历程
• 1.3.1 对胶料的实验研究及数值模拟研究的背景
• 1.3.2 基于数值模拟技术对密炼机内胶料流场的研究进展
• 1.4 本文的研究目的及内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 同步转子密炼机混炼流场有限元方法的建立
• 2.1 蕴含网格叠加技术（MST）的Polyflow
• 2.1.1 Polyflow软件简介
• 2.1.2 网格重叠技术（MST）
• 2.2 同步转子密炼机几何模型的建立
• 2.2.1 几何模型参数的确立
• 2.2.2 CAD技术的必要性
• 2.2.3 Pro/E对转子几何模型的建立
• 2.3 物理模型的确立
• 2.4 数学模型的构建
• 2.5 有限元模型的构建
• 2.5.1 有限元网格划分工具的介绍
• 2.5.2 Gambit对几何模型的有限元网格划分
• 2.5.3 边界条件的确立
• 2.5.4 材料参数的确定
• 第三章 密炼机内胶料流场的数值分析
• 3.1 密炼室内不同区域内的流场分析
• 3.1.1 压力场分析
• 3.1.2 速度场分析
• 3.1.3 轴向速度场分析
• 3.1.4 速度矢量图分析
• 3.1.5 温度场分析
• 3.1.6 剪切速率分析
• 3.1.7 粘度场分析
• 3.2 本章小结
• 第四章 混炼工艺条件对密炼机内橡胶混炼过程的影响
• 4.1 同构型机子的密炼机内不同转速下的胶料流场分析
• 4.1.1 转速对压力场的作用
• 4.1.2 转速对速度场的作用
• 4.1.3 转速对轴向速度场的作用
• 4.1.4 转速对速度矢量的作用
• 4.1.5 转速对温度场的作用
• 4.1.6 转速对剪切速率场的作用
• 4.1.7 转速对粘度场的作用
• 4.2 冷却水流量对胶料温度场的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 转子构型变化对橡胶混炼流场的影响
• 5.1 不同短棱螺旋角转子的密炼机内的胶料流场分析
• 5.1.1 短棱螺旋角对压力场的作用
• 5.1.2 短棱螺旋角对速度场的作用
• 5.1.3 短棱螺旋角对轴向速度场的作用
• 5.1.4 短螺旋棱角度对速度矢量的作用
• 5.1.5 短棱螺旋角对温度场的作用
• 5.1.6 短棱螺旋角对剪切速率场的作用
• 5.1.7 短棱螺旋角对粘度场的作用
• 5.2 本章小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 附录