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造粒模板流场和温度场的数值模拟

作　者: 石奇峰
导　师: 李晓桥
学　校: 沈阳大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 单体造粒模板连体造粒模板换热通道流场温度场温度分布
分类号: TQ320.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

造粒模板的温度分布均衡对塑料造粒顺利进行起着关键的作用,均衡的温度分布使得各个造粒孔的温度分布均衡。如果熔融状态下的塑料物质在各个造粒孔中的温度相差不大,最终能够被顺利挤出完成造粒过程；如果模板的温度分布不均衡,就会造成造粒孔的温度相差过大,温度过高部分在物料被挤出造粒面时不能被充分冷却而成粘稠状,温度较低部分则使得物料不能顺畅流动,发生堵塞现象。本文采用计算流体力学的方法模拟了造粒模板的流场和温度场。研究了导热油入口压强对造粒模板流场和温度场分布的影响,对两种不同结构的造粒模板进行了对比分析,并研究了折流板在造粒模板中的应用,得出造粒模板结构对流场和温度场的影响作用。(1)单体造粒模板的研究表明：造粒模板温度场分布不均匀,随着入口压强(3.2MPa、4.0MPa、4.8MPa、5.6MPa、6.4MPa)的增大,流动速度有所增加,但是温度场的分布没有明显的改变。(2)连体造粒模板的流场和温度场分布不均匀,若小出口通道比较窄,小出口附近的流速偏低,温度也偏低；当把小出口的的宽度加大到10mm时,流场和温度场发生了变化,小出口附近的流速变大,温度也变高；减小小出口的宽度为8mm时,发现小出口附近的高温区域变小；当小出口宽度变为6mm和7mm时,小出口的流速略低于其他通道,但是温度分布基本均匀,最大温差不超过10K,而且在造粒孔的分布区域温差更小,基本能够满足顺利造粒的条件。(3)折流板对造粒模板的流场和温度场分布有重要影响,通过加折流板发现,在通道内加折流板可以减缓通道内的整体流速,使得流速降低。在小出口宽度为3.5mm的连体造粒模板和小出口为10mm的连体造粒模板内加折流板,都能够有效减小通道内流速,使得整个通道内的流速趋于均匀,最终得到均匀的温度分布。(4)造粒模板在造粒过程中,流场的均匀性和温度差的均匀性基本是一致的。我们可以通过改善通道内的流速分布,改变温度的分布,从而提高造粒模板造粒的造粒效率。本文的模拟结果经过了实验验证,证明了研究方法的正确性。其研究结果对造粒模板更深入的研究具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪言  11-31
  1.1 造粒模板简介  11-19
    1.1.1 塑料造粒过程生产简介  11
    1.1.2 造粒模板造粒过程  11-15
    1.1.3 加热通道  15-16
    1.1.4 换热介质的选择  16-18
    1.1.5 流动状态  18-19
  1.2 造粒模板数学模型的建立  19-25
    1.2.1 数学模型建立的条件  19-20
    1.2.2 数学方程的建立  20-22
    1.2.3 单值性条件  22
    1.2.4 物性条件  22
    1.2.5 初始条件  22-23
    1.2.6 边界条件  23
    1.2.7 计算传热方式  23-24
    1.2.8 软件应用  24-25
  1.3 研究目的及其意义  25-26
    1.3.1 研究目的  25-26
    1.3.2 研究意义  26
  1.4 本课题研究的内容和方法  26-31
    1.4.1 本课题研究的方法  26-29
    1.4.2 本课题研究的具体内容  29-31
2 造粒模板的数值模拟  31-49
  2.1 两种结构造粒模板简介  31-32
  2.2 单体造粒模板的数值模拟  32-41
    2.2.1 物理模型  32-33
    2.2.2 网格化分  33-35
    2.2.3 控制方程组  35
    2.2.4 单体造粒模板求解的控制方程组  35-37
    2.2.5 求解器和求解参数的设置  37-38
    2.2.6 收敛条件  38
    2.2.7 模拟结果及分析  38-40
    2.2.8 没有较短通道结构情况下的温度分布  40-41
    2.2.9 小结  41
  2.3 连体造粒模板的数值模拟  41-49
    2.3.1 物理模型  41-42
    2.3.2 网格的划分  42-43
    2.3.3 控制方程组  43
    2.3.4 连体造粒模板求解的控制方程组  43-45
    2.3.5 求解器和求解参数的设置  45
    2.3.6 收敛条件  45
    2.3.7 模拟结果  45-49
3 改变造粒模板结构的数值模拟  49-57
  3.1 小出口宽度为10mm的连体造粒模板的数值模拟  49-51
    3.1.1 小出口宽度为10mm的连体造粒模板结构  49
    3.1.2 小出口宽度为10mm的连体造粒模板的模拟结果  49-51
    3.1.3 模拟结果分析  51
  3.2 小出口宽度的研究  51-54
    3.2.1 小出口宽度为8mm、7mm、6mm的连体造粒模板的模拟结果  52-53
    3.2.2 模拟结果及分析  53-54
  3.3 单体造粒模板和连体造粒模板的结构对比  54-57
    3.3.1 两种造粒模板的结构  54-55
    3.3.2 小出口通道的对比  55-56
    3.3.3 结果与分析  56-57
4.折流板的研究  57-65
  4.1 小出口宽度为3.5mm造粒模板的研究  57-61
    4.1.1 折流板位于加热通道中部  57-58
    4.1.2 折流板位于加热通道端口  58-60
    4.1.3 分析结果  60-61
  4.2 小出口宽度为10mm连体造粒模板的数值模拟  61-63
    4.2.1 折流板位于中部的数值模拟  61-62
    4.2.2 折流板位于端口处  62-63
  4.3 小出口为8mm的连体造粒模板的模拟  63-64
  4.4 小结  64-65
5. 结果的验证  65-69
  5.1 实验方案  65
  5.2 热电偶的安装  65
  5.3 具体过程  65-66
  5.4 实验结果与模拟结果对比  66-67
  5.5 小结  67-69
6 结论  69-71
参考文献  71-75
在学期间研究成果  75-77
致谢  77

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