一、电磁动态塑化挤出机性能的模拟计算与分析(论文文献综述)
赵金迪[1](2021)在《橡胶复合挤出机料筒温度系统建模与控制算法优化研究》文中研究指明高效、精益、智能的挤出成型技术是当代橡胶挤出工艺的发展方向。橡胶挤出机作为橡胶半成品挤出成型的核心工艺设备,其温度控制是决定挤出半成品品质和性能的关键因素,因此精准测控挤出过程的温度能够有效提升挤出半成品的性能、降低挤出过程中的能源损耗并提高工业生产效率。本文以橡胶挤出机料筒温度控制系统为研究对象,深入了解橡胶冷喂料挤出成型工艺及技术特征,分析挤出过程能耗。在实际工艺现场分析温度控制系统的结构及控制原理,明确温控过程中主要控制变量,通过桂林橡胶设计院提供的实际挤出生产温控数据搭建MATLAB系统辨识模型,辨识出料筒温控系统数学模型,在此基础上进行控制方案设计。为了能够提高被控系统的动态响应特性,采用了模糊PID控制器。为了从本质上解决温控系统具有大时间滞后的问题,引入Smith预估器,设计出Smith-模糊PID料筒温度控制系统,并引入遗忘因子递推最小二乘法对Smith预估器模型进行识别。为了解决因人工调参导致系统控制精度不佳的问题,采用粒子群算法自动寻优PID控制器参数,同时为了防止粒子群算法陷入局部最优,通过将社会因子分解为局部和全局两种社会因子,设计出混合粒子群算法对PID参数进行寻优。控制算法仿真验证实验,首先对于传统PID温控系统结合人工经验法整定PID参数后与模糊PID温控系统进行控制效果对比,并进行阶跃与非线性扰动实验,比较传统PID温控系统与模糊PID温控系统的抗扰性能,实验结果显示,模糊PID温控系统的动态输出响应优于传统PID温控系统,但两者抗扰性能都较差。在分析Smith-模糊PID温控系统受参数变化影响的基础上,进行FFRLS系统在线辨识实验,验证了FFRLS-Smith-模糊PID控制系统具有更强的滞后补偿能力。然后对于Smith-模糊PID温控系统进行仿真实验,并与模糊PID温控系统对比控制效果,实验结果显示,Smith-模糊PID温控系统的动态特性及抗扰性能更佳。对粒子群算法和混合粒子群算法寻优效果进行了比较,通过实验分析,混合粒子群算法优化后的Smith-模糊PID温控系统的最大超调量与稳态误差几乎为零,受到干扰后波动幅度小于±1.2℃,满足挤出机温控技术指标要求。论文根据桂林橡胶设计院的相关工艺及性能指标进行控制算法研究与设计,对挤出机温控工艺能够实现精准控制具有一定的参考价值。
薛斌[2](2020)在《基于振动力场作用下三螺杆挤出聚乳酸基材料混合机理及其结构性能研究》文中研究指明近几十年来,石油基高分子材料的用量剧增,在加速石油资源短缺的同时,也对环境造成了严重的污染。自“限塑令”出台以来,以聚乳酸(poly-lactic acid),PLA)为代表的生物可降解绿色高分子材料受到了广泛的关注。PLA具有拉伸强度高、易加工、生物相容性好及生物可降解等优点,被认为是最具前途的生物基高分子材料。然而纯PLA是一种脆性较高的材料,其较低的断裂伸长率和抗冲击强度等缺点限制了其应用。为提高PLA基材料的韧性,通常加入韧性材料、填充物等,以改善其性能。在PLA的韧化改性过程中,混合效果的好坏直接影响着其性能。因此,如何在PLA的加工过程中,通过加工技术和装备的创新,实现更好的混合效果,提高PLA基材料的综合性能,不仅对生物基PLA的广泛应用有着重大的影响,而且对降低因石油基高分子的广泛使用所带来的石油资源浪费与环境污染问题有着重大的现实意义,因此,对加工设备的混合能力提出了更高的要求。据此,课题组创新性地研制了一种平衡式三螺杆动态挤出机,为PLA基材料的制备及发展振动力场加工混合理论具有着重要的科学意义。本文通过自主研制的平衡式三螺杆动态挤出机,采用两端对称进料、物料对螺旋作用力相互抵消的“平衡式”结构,将振动力场引入到聚合物材料的混合加工过程中,成功制备了PLA基共混/复合材料。基于理论分析,建立了平衡式三螺杆动态挤出机塑化输运系统内混合输运过程中的物理和数学模型。通过数值求解,获得了振动力场参数与螺杆周向和轴向的速度及其形变速率变化的关系,证明了在中间螺杆施加轴向振动,能够使螺杆之间产生周期性变换的剪切-拉伸复合流场。运用Polyflow对三螺杆挤出机啮合块进行了数值模拟,研究了振动力场对速度场、混合指数、剪切速率场与粒子运动轨迹的影响规律,分析发现,轴向振动使中间主啮合块和两侧副啮合块的轴向齿间啮合间隙呈周期性变化,物料有轴向向前的速度,且存在的漏流现象。结果显示,混合指数(?)在整个模拟时间段内呈周期性变化,且都存在?大于0.5的区域,验证了剪切-拉伸复合流场的存在。基于理论分析,采用实验研究手段,制备了PLA/三元乙丙橡胶(EPDM),PLA/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(EGMA)、PLA/有机蒙脱土(OMMT)三种PLA基材料。实验结果显示,与稳态加工力场相比,振动力场的引入所制备的PLA/EPDM共混物中分散相EPDM粒子粒径减小,分布均匀;制备的PLA/PBS/EGMA共混物中EGMA环氧基团与PLA分子和PBS分子中的羟基发生原位反应的比例提高,导致分布在PLA和PBS相界面上的PLA/PBS-g-EGMA共聚物增多;制备的PLA/OMMT复合材料中片层OMMT在PLA基体层间距增加,团聚程度显着减小。以上结果表明,振动力场的引入提高了PLA基材料中分散相的分散效果。基于实验结果,深入分析了振动力场对混合过程的影响规律及其分散机理,揭示了振动力场的振幅和振频对平衡式三螺杆动态挤出机所制备的PLA基材料性能的影响规律,建立了工艺-结构-性能之间的关系,为制备高性能聚乳酸基材料提供了理论依据。本课题将振动力场引入三螺杆挤出机,突破了传统的单、双螺杆挤出机以剪切形变为主导的混炼机制,轴向振动使熔体输送过程中承受了一定的拉伸形变作用,螺杆之间产生周期性变换的剪切-拉伸复杂流场,对PLA基材料塑化起到强化混合以及促进分散等作用。因此,平衡式三螺杆动态挤出机必将成为聚合物混合混炼加工成型的重要设备,为聚合物复合材料加工发展起到重要作用。
亢本昊[3](2020)在《单轴偏心转子挤出机固体输送过程及特性研究》文中研究说明成型加工工艺与方法对高分子材料制品的性能与产能有着至关重要的影响,固体输送作为聚合物塑化输运的关键阶段,不仅影响聚合物熔体的形态、成色与均匀性等指标,还直接决定着塑料制品的产能与加工效率。偏心转子塑化输运方法以拉伸流变为主导,打破了传统剪切流变为主导的塑化输运过程,具有输送效率高、物料适应性好的优势。在新型单轴偏心转子挤出机设备开发的基础上,针对其固体输送过程及特性开展研究,依次为:固体输运机理与单元参数化、过程实验与测试方法、输送量解析与实验验证、聚烯烃固体输送实验、聚丙烯/高岭土固体输送实验。主要工作如下:首先,分析了单轴偏心转子挤出机和单轴偏心转子塑化输运单元的输运原理,并将固体输送单元细分为封闭正位移单元和非封闭排气单元,对包括转子、定子、腔体在内的固体输送单元部件进行参数化,为实验研究奠定理论基础。此外,就输送特性实验、骤冷拆机实验、聚烯烃固体输送实验与聚丙烯/高岭土固体输送等实验内容、所需实验材料、实验设备及其结构、工艺参数、测试与表征方法等进行说明,为后续的实验研究做准备工作。其次,对聚合物固体输送量指标进行理论建模及实验验证。根据介质在密闭容腔中被压缩而强制排出的正位移原理得到了解析模型,并通过实验对比,引入了返料系数,构建了精确的固体输送量理论模型。在此基础上,实验研究了物料种类、结构参数与工艺参数等对输送量的影响,结果表明:固体输送量会随着定子半径、定子导程、转子偏心距以及转速的增大而增大,随着间隙、返料系数的增大而减小,且受压力和黏度的影响较小,固体输送特性硬。接着,采取骤冷拆机、拍照取样和测试表征的方式,以聚烯烃单相体系为研究对象,研究固体输送过程中散粒体、聚集体与压实体的形态。实验表明:ERU-1~3为散粒体,ERU-4~5为已经压实并开始熔融的聚集体,ERU-6~10为形成熔膜的压实体。压实体具有明显的皮芯结构,表现出不同的微观形貌、结晶性能、凝聚态结构、热稳定性和流变性能,伴随着偏心转子对物料周期性的压缩和释放作用,已熔和未熔不断地相互渗透,皮层和芯层不断地相互熔合,最终形成均一的熔体。最后,对聚丙烯/高岭土填充体系固体输送特性进行分析,采取骤冷拆机、拍照取样和测试表征的方式,研究填充含量、加工温度对固体输送单元微观形貌、结晶性能、凝聚态结构、热稳定性与流变性能的影响。结果表明:在偏心转子对物料周期性的压缩和释放作用下,高岭土在聚丙烯基体中分散良好。由此可见,正应力支配的固体输送过程,不仅具有良好的分散混合效果,还可以保持分子量,减少热降解,并诱导形成新晶型。
鉴冉冉[4](2019)在《场协同螺杆塑化过程流动特性与强化传热机理研究》文中提出聚合物塑化过程的强制对流和强化传热过程对聚合物的熔融与塑化具有至关重要的影响,而聚合物塑化均匀性又将直接影响最终制品质量和制品性能,材料塑化不均是导致精密制品缺陷的重要原因。因此对聚合物塑化过程热的有效管理和温差场均匀性的有效控制具有重要的现实意义。本文归纳总结了聚合物塑化理论和场协同原理在国内外的研究现状,并在此基础上,开展聚合物塑化过程流动与传热机理的基础研究,进一步提出了聚合物流动混合过程的熵增效应与聚合物流动传热过程的协同效应,并对该理论进行了详细阐述与论证。基于聚合物多场协同强化对流传热与高效塑化的新思路,创新设计新型扭转元件,通过数值计算、冷态可视化试验及热态多参数在线监测试验等手段对其混合与传热机理进行了探究,提出了场协同强化传热高效塑化的螺杆塑化新方法,解决塑化不均的难题,为聚合物精密成型及高性能材料的研发与应用提供理论指导,拓展了场协同理论在高黏度非牛顿流体强化传热领域的新知识。本文主要研究工作及创新点如下:(1)聚合物多场协同强化传热传质新方法及理论创新提出了聚合物流动混合过程的熵增效应与聚合物流动传热过程的协同效应。论证了粒子的无规化发展是引起混合的本质因素,包括位移无规化和粒径无规化;同时论证了速度场、剪切速率场、速度梯度场、温度梯度场等物理场之间的协同耦合关系;并验证了聚合物加工场协同理论的可行性,为指导螺杆结构设计提供了新的理论依据。创新设计了新型强化传热与高效混炼的扭转元件及场协同螺杆,分析了扭转元件的混合模型、传热模型和熔融模型。该扭转元件增加了粒子的物质熵和场协同性,即提高了流体的扰流和无规化程度,以及速度场与温度梯度场之间的协同性,对聚合物流体具有分流汇流和扭转翻滚的作用,有利于聚合物流体的混合与传热及其温度均匀性。(2)聚合物在扭转元件及场协同螺杆中的强化传质特性扭转元件的引入使聚合物在流道中获得了局部螺旋流/涡流,强化了流体径向传质,提高了聚合物熔体的混合和塑化性能,使聚合物熔体的温度分布、黏度分布等物性参数更加均匀,从而保证制品质量;场协同螺杆的混合性能优于常规螺杆,且扭转元件的排布对混合性能有较大影响,其中单个扭转元件与单一导程螺纹元件相间排列的螺杆混合性能最优。(3)聚合物在扭转元件及场协同螺杆中的强化传热机理扭转元件的引入提高了速度场与温度梯度场之间的协同性,具有很好的对流换热性能,达到了强化传热的目的。扭转元件数量和排布对聚合物熔融特性均有明显影响,其熔融过程符合瞬态熔融理论并能够显着改善径向温度均匀性;随着扭转元件数量或扭转元件分散程度的增加,对流换热性能有所改善。此外,场协同螺杆在不增加额外能耗的情况下,获得了比常规螺杆更优异的传热性能。场协同理论可以很好的解释聚合物加工领域非牛顿黏弹性流体的传热性能,运用场协同理论指导螺杆结构设计,为提高螺杆塑化系统塑化能力和传热效率提供了一种行之有效的方法,为解决螺杆塑化不均的问题开辟了新途径。(4)聚合物塑化过程中螺杆性能的综合评价体系建立建立了聚合物塑化过程中螺杆性能的综合评价体系,通过混合、传热、塑化、能耗、协同等五个方面对螺杆的性能进行了定量分析,确定了混合评价因子、传热评价因子、塑化评价因子、能耗评价因子、协同评价因子,实现了螺杆性能的多目标决策和综合评价,为定量评估螺杆对聚合物塑化过程性能的影响力水平,开辟了一条新的道路。(5)场协同螺杆在聚合物微孔发泡、纤维增强复合材料领域的应用采用自主设计的场协同螺杆,成功制备了泡孔尺寸在100μm以下的化学发泡泡沫材料,泡孔尺寸在10μm以下的物理发泡泡沫材料,以及平均纤维长度在500μm以上的回收碳纤维增强聚丙烯复合材料。综上,本文针对聚合物塑化过程温度调控和热管理问题,以螺杆结构为切入点,创新提出聚合物多场协同强化对流传热与高效塑化新方法及新结构,对聚合物螺杆塑化系统优化设计具有借鉴意义,为解决螺杆塑化不均等问题开辟了新途径。
马建新[5](2019)在《聚合物场协同塑化系统传热与能耗特性研究》文中提出本课题组基于聚合物熔体加工微积分思想和强化传热场协同原理提出聚合物场协同塑化螺杆,其核心为扭转元件,场协同螺杆对于提高聚合物熔体径向温度,改善熔体温度均匀性具有显着效果。本文在前人研究基础上,利用数值模拟的方法通过改变场协同螺杆计量段扭转元件结构参数探究了扭转元件结构对其强化传热性能和转动能耗的影响,并通过实验对数值模拟结果进行了验证和分析。本文取得的主要研究成果如下:(1)通过对大量扭转元件数值模拟结果进行分析,表明扭转元件结构参数对其强化传热效果存在影响,且影响因素不仅仅局限于扭转元件的场协同效果。以扭转元件出口截面平均温度、温度标准差和扭转元件整体表面传热系数、场协同数为评价标准,研究了扭转元件槽深、棱宽、螺棱数和螺棱倾角对其强化传热性能的影响,研究结果表明:不同结构扭转元件对熔体的反转效果不同,螺棱倾角对强化传热效果影响微弱;场协同数随槽深增加而增大,随棱宽和螺棱数的增大而减小;表面传热系数随着结构参数的改变均存在极值;引入棱宽比统一衡量结构参数的改变对传热效果的影响;确定了传热效果较好的槽深、棱宽、螺棱数和螺棱倾角的结构参数范围。(2)扭转元件结构参数对其转动能耗存在影响,在保证强化传热的基础上,通过设计正交实验探究了扭转元件结构参数对其转动能耗的影响程度,并分析了转动功率随转速的变化关系。结果表明:扭转元件结构参数对其转动能耗的影响程度有大到小依次为:螺棱倾角>螺棱数>棱宽>槽深。(3)以数值模拟为基础,设计制造不同结构扭转元件,分为槽深组、棱宽组和螺棱数组对模拟结果进行实验验证和分析。采集了机头处熔体径向温度、计量段轴向温度和伺服电机电流值,结果表明:实验结果与数值模拟结果基本吻合,同时场协同螺杆对降低输送能耗,熔体低温挤出和提高聚合物产量均有显着效果。
范德军[6](2019)在《偏心转子挤出机流场和混合性能的数值模拟与实验》文中提出偏心转子挤出机是一种基于体积脉动塑化输运原理的聚合物新型成型装备,其独特的几何拓扑结构和复杂的运动规律可以实现体积拉伸形变作用支配的塑化输运过程,具有较好的混合能力。鉴于其加工原理的特殊性,采用数值模拟方法对偏心转子挤出机的流场和混合性能进行研究,能够直观展示物料的混合过程,对偏心转子挤出机的工艺优化和结构设计具有重要的参考价值。本文首先对偏心转子挤出机的基本结构、工作原理和数值模拟的基础进行了简要阐述,并利用计算流体动力学软件POLYFLOW对偏心转子挤出机熔体输送段的流场进行数值模拟,详细分析其流场的分布特点,通过计算偏心转子挤出机在不同工艺条件、结构参数下的容积效率,探索不同因素对其熔体输送效率的影响规律,然后在流场模拟结果的基础上运用粒子示踪法对混合性能进行数值模拟,使用后处理模块POLYSTAT统计各混合特性参数,通过改变转速、转子半径、偏心距、转子螺距和间隙研究各因素对偏心转子挤出机混合性能的影响,最后利用实验对模拟结果进行了验证。研究结果表明偏心转子挤出机的容积效率和熔体泄露程度随转速的增加变化不明显,但当转子半径和间隙增大时,容积效率逐渐减小,泄漏程度增加,相反的,当转子螺距和偏心距增加时,容积效率逐渐增加,熔体泄漏程度减小。通过分析示踪粒子在一个转动周期内各混合特性参数的概率分布函数、概率密度函数、百分位数变化规律,发现随着体积拉伸形变作用时间的增加,物料在偏心转子挤出机中的混合效果越来越好。通过分析不同工艺条件和结构参数下各混合特性参数的变化趋势,发现粒子在偏心转子挤出机中的停留时间分布几乎不受结构参数影响,但受转速影响较大。当转速增加时,粒子停留时间减少但流场强度增加,在转速为45r/min时粒子经历的最大剪切速率和最大拉伸速率增加最快、最大时均混合效率和最大混合指数为极大值点,此时混合效果最佳;当增加转子半径和偏心距时不同百分位数下各混合特性参数逐渐增加,说明增加转子半径和偏心距有利于提高偏心转子挤出机的混合性能;当转子螺距和间隙增加时各混合特性参数减小,表明转子螺距和间隙过大将会削弱偏心转子挤出机的混合性能。利用偏心转子挤出机在不同转速下混合性能的对比实验,发现实验结果与本文的数值模拟结论一致,验证了数值模拟方法的可靠性。
苏烨琳[7](2018)在《基于旋转斜盘的螺杆激振器研制及其负载特性研究》文中研究表明螺杆挤出机作为挤出成型最重要的成型设备,广泛地应用于各种高分子挤出制品的生产加工中。传统的单螺杆挤出机是通过剪切力场的作用使聚合物熔融塑化,容易造成能源浪费和物料降解等问题。学者研究发现振动力场能降低聚合物熔体粘度,从而降低挤出压力并减小加工能耗。目前大部分加振设备只是在加工某一较短过程中施加局部振动,振动幅度较小、频率较低,或者加振设备过于庞大复杂且运行不稳定,没有将振动加工的优势充分地发挥出来。本文研制了基于旋转斜盘的螺杆激振器,并将其应用到单螺杆挤出机中,利用巧妙的机械结构实现了螺杆周向旋转与轴向振动的协同运动,成功将大强度的振动力场引入挤出加工全过程中,为聚合物动态加工研究领域提供一种全新设备,具有重要的科学意义和现实价值。本文论述了旋转斜盘激振器的结构和工作原理,建立简化动力学模型,研究了螺杆激振器的负载特性,分析动态挤出过程螺杆轴向振动的幅频特性和相频特性,并通过实验数据计算出振动系统相关参数,同时对挤出机综合负载工作特性进行解析,以低密度聚乙烯为材料研究动态挤出机的工作特性。研究结果表明:螺杆通过旋转斜盘激振器实现了大强度的轴向振动,该设备结构简单、运行稳定,振动幅度可以通过斜盘的垂直位置进行调整;振动频率与驱动电机的转速保持一致,在工作频率范围内,低频率的振幅动态放大系数大于高频率的振幅动态放大系数,且随着频率的升高动态放大系数降低;激振器具有良好的轴向刚度和载荷承受能力,在螺杆激振器的作用下,动态挤出机的挤出压力和挤出功率都有一定程度的降低,振动强度越大,压力与功率降低得越明显;挤出产量得到提升。
于建英[8](2015)在《橡塑类机械内置式双边电磁感应加热关键技术研究》文中研究说明我国橡胶资源匮乏,供需矛盾日益突出,再生橡胶是除天然橡胶、合成橡胶外的第三大橡胶资源,推动再生胶行业发展有利于扩大橡胶资源总量,是促进我国循环经济发展的重要举措,具有重要的现实和战略意义。橡胶塑化机是再生胶的主要生产设备,橡胶聚合物在螺杆旋转输送过程中被加热到一定温度,完成废橡胶的塑化、再生。目前塑化机多采用线圈缠绕式电磁加热方式,涡流热源集中在机筒外表面,内部转子螺杆无法被加热,导致设备存在径向温差大、预热时间长、物料加热不均匀及物料堵塞等问题。由于现有加热方法的局限性及螺杆结构的复杂性,使得旋转螺杆部件加热问题成为此类设备的瓶颈。本文提出内置式双边电磁感应加热技术,通过内置的电磁绕组产生径向高频交变磁场,实现设备定子机筒与转子螺杆铁心双边电磁加热,解决旋转螺杆加热问题。具体研究内容如下:提出一种内置式双边电磁感应加热技术,给出系统基本结构,深入分析内置式双边电磁感应加热机理;以电磁加热功率50kW的橡胶塑化机单元为例,采用时步有限元计算方法,分析系统涡流分布及流动规律;结合圆柱螺旋线方程,建立转子螺杆结构的内置式双边电磁感应加热系统模型,推导双边涡流功率解析表达式,得出涡流加热功率与系统结构参数和电能参数的一般关系,并将解析法功率计算结果与有限元法计算结果进行对比,验证解析计算的准确性。分析电磁绕组结构对系统涡流加热功率的影响,采用解析法给出单相绕组和三相绕组各次行波在定子机筒内表面的等效面电流解析式,并结合傅立叶分解原理分析绕组嵌线方式及分布形式对系统加热功率的影响,给出电磁绕组一般设计原则;在数值模拟分析基础上研究铁心轴向分段结构对涡流流动及加热功率的影响,给出单元铁心轴向长度及转子螺纹厚度设计依据;分别对系统其他参数包括绕组槽结构、气隙长度、频率和电流强度进行特性分析,给出相关参数选取原则。对内置式双边电磁感应加热塑化机进行电磁场与温度场耦合分析,模拟计算塑化机单元预热过程,获取系统预热时间与各点温升变化曲线,研究内置式双边电磁感应加热塑化机加热性能;计算不同绕组形式下塑化机单元径向温度分布与周向温度分布,通过温度分布均匀性验证内置式双边电磁加热塑化机电磁绕组结构选择的合理性;从涡流分布、温度分布、预热时间和加热性能等多个角度将线圈缠绕式电磁加热与内置式双边电磁加热技术进行对比,验证双边加热技术的有效性和优越性。模拟分析内置式双边电磁加热塑化机螺槽内聚合物的流动与传热,通过流场分析获得聚合物速度分布、速度矢量、压力分布、剪切速率和粘度等,研究橡胶聚合物非牛顿流体在螺槽内的流动特性与运动状态;通过剪切速率与粘度分布,分析线圈缠绕式电磁加热塑化机转子表面物料粘黏产生机理,同时分析双边电磁加热塑化机转子表面物料粘度低的原因;在流场分析基础上计算双边电磁加热塑化机机筒、转子螺杆及聚合物的温度分布,并通过示踪粒子运动轨迹、结合聚合物流动研究橡胶聚合物传热过程。设计并制造系列内置式双边电磁感应加热塑化机单元样机,对各样机进行实验研究,验证理论分析正确性与电能参数及结构参数设计的合理性;对橡胶塑化机组进行预热实验和负载实验,通过与线圈缠绕式塑化机对比,验证双边电磁加热技术的有效性;随机抽取不同批次内置式双边电磁加热塑化机橡胶制品,对再生橡胶进行力学性能分析和门尼粘度测试,将测试结果与缠绕式电磁加热塑化机进行对比,验证内置双边电磁加热技术的优越性。
魏小淞[9](2015)在《聚烯烃振动剪切形变强化挤出特性及模型化研究》文中指出挤出成型是聚合物加工中重要的成型方法之一,广泛地应用于薄膜、管材、板材、片材等产品的加工。螺杆挤出机是挤出加工成型的主要设备,在传统的螺杆挤出机中,螺杆的运动方式只是周向的旋转运动,从而使物料在剪切力场作用下生产。学者通过研究熔体在振动力场下的流变行为发现熔体的粘度、挤出压力降低,体积流率升高。大部分的熔体加振的设备是在机头处施加振动,形成局部的振动力场,并没有充分利用振动技术在聚合物成型加工行业的作用。针对这一问题而设计的机械激振式动态挤出机通过激振系统的传动使螺杆在轴向旋转运动和轴向振动运动下协同工作,实现了将振动技术引入聚合物加工的全过程。同时使用新型反向偏心双螺槽螺杆,提高了塑化混炼效果,使振动力场在聚合物加工过程中的作用更显着。挤出产量、挤出功率等是衡量一台挤出机性能的重要指标,本文论述了激振系统的工作原理,分析了螺杆轴向运动的运动过程。同时建立了相应的物理模型和数学模型,从理论上研究了振动剪切形变强化作用下的挤出特性,并且以低密度聚乙烯为原料进行实验测量,分析了螺杆转速、振动幅度、振动频率等因素对挤出产量和挤出功率的影响,研究结果表明:螺杆通过激振系统传动实现了轴向振动,振动幅度与关节轴承位置有关,振动频率与激振电机转速有关;由数学模型解析可知,在振动力场作用下,挤出压力比稳态挤出时的压力低,同时挤出功率也有一定程度的下降。以低密度聚乙烯为实验材料,挤出压力随转速提高而增加,同转速下,挤出压力随振动幅度或者振动频率增加而降低,振动强度越大挤出压力降低越明显;挤出功率、挤出产量的变化规律与挤出压力类似,挤出功率随挤出压力增大而增大。
赵晓强[10](2012)在《基于拉伸流变的聚合物塑化输运过程能耗特性研究》文中提出聚合物材料成型加工目前主要采用螺杆机械,其塑化输运是依靠螺杆旋转时对物料产生的剪切与拖曳作用实现的,在此过程中将消耗大量的能量。除此外,传统设备还存在成型加工过程受物料特性影响大及塑化输运热机械历程长等缺陷。基于拉伸流变的高分子材料塑化输运设备的工作机理和成型过程与传统的螺杆加工设备完全不同,从机理上解决了传统聚合物成型加工设备物料经历的热机械历程长、能耗高的问题。研究基于拉伸流变的聚合物塑化输运过程及机理,深入探讨其能耗特性,对基于拉伸流变的聚合物成型加工理论的发展和完善具有重要的科学意义与现实意义。本文以基于拉伸流变的聚合物塑化输运设备的基本构成单位叶片塑化输运单元为研究对象,首次比较完整而系统地研究了包括固体输送、熔融、熔体输送过程在内的叶片塑化输运单元中聚合物塑化输运的全过程,并在研究叶片塑化输运单元聚合物塑化输运机理的基础上,建立了叶片挤压系统各个功能区段的能耗模型。本文建立了聚合物固体物料在叶片容腔内输送的物理与数学模型,得到了固体输送段叶片容腔内的压力特性函数,并进一步得到了固体输送过程的能耗特性函数。研究结果表明,由于叶片容腔的容积周期性地增大与减小,在容腔容积缩小的固体压缩阶段,叶片容腔内将建立起很大的压力,迅速压实容腔中的固体物料;固体输送过程的能耗与叶片容腔的几何参数、固体物料的密度、物料与容腔内壁各壁面之间的摩擦系数等因素有关。通过建立叶片容腔内聚合物的熔融过程的物理与数学模型,分析了熔融过程能耗特性,结果发现,叶片容腔固体输送过程对物料的充分压实可以使物料提前进入熔融过程,叶片容腔容积的缩小将强化定子与固体物料之间的热量传递,加速物料的熔融并有助于降低熔融过程的能耗;由于叶片容腔对聚合物物料的输送具有完全的正位移特性,容腔内物料熔融过程的能耗与转子轴的转速成正比。本文还建立了聚合物熔体在叶片容腔内输送的物理与数学模型,得到了叶片容腔内熔体的轴向速度分布、周向速度分布与压力分布,并进一步探讨了熔体输送过程的能耗特性。研究结果发现,叶片容腔中的熔体将在周向与轴向产生拉伸形变,同时容腔内形成的轴向正应力场可以实现对熔体基本不依赖其物料特性的正位移输送;叶片容腔内熔体输送过程的能耗主要发生在容腔的出料阶段,能耗随容腔的输出压力及熔体的黏度的升高而增大,与转子轴的转速成正比。最后利用可视化叶片实验装置和聚合物叶片塑化挤出机分别针对叶片容腔固体输送、熔体输送过程的能耗特性和包括固体输送、熔融塑化、熔体输送的塑化输运全过程的叶片挤压系统能耗特性进行了实验研究,实验结果与理论模型的预测有比较好的一致性。基于拉伸流变的聚合物塑化输运方法及设备是一种全新的聚合物加工理论和设备,本文提出的聚合物叶片塑化输运过程及其能耗的理论模型,为进一步研究聚合物叶片塑化挤出的过程与机理打下了良好的基础,也为聚合物叶片塑化输运设备的推广应用提供了重要的理论依据。
二、电磁动态塑化挤出机性能的模拟计算与分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、电磁动态塑化挤出机性能的模拟计算与分析(论文提纲范文)
(1)橡胶复合挤出机料筒温度系统建模与控制算法优化研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国内外挤出机发展的研究现状 |
1.2.2 温度控制技术的发展及研究现状 |
1.3 课题主要内容及章节安排 |
第2章 橡胶挤出成型技术及能耗分析 |
2.1 橡胶挤出成型装置的主要部件及作用 |
2.2 冷喂料挤出成型工艺介绍 |
2.2.1 冷喂料挤出工艺 |
2.2.2 冷喂料挤出工艺主要技术特征 |
2.3 橡胶挤出机能耗分析 |
2.3.1 橡胶挤出机能量守恒与消耗 |
2.3.2 胶料挤出过程的能量来源与损耗 |
2.4 本章小结 |
第3章 挤出机温度控制系统工艺与建模分析 |
3.1 挤出机温度控制系统工艺分析 |
3.1.1 温度控制系统的结构 |
3.1.2 温度控制系统中的性能指标 |
3.2 挤出机温度控制系统的控制原理 |
3.3 挤出机温控系统仿真模型建立 |
3.3.1 温控设备型号 |
3.3.2 系统模型辨识 |
3.4 本章小结 |
第4章 橡胶挤出机料筒温度控制系统设计 |
4.1 控制方案分析与设计 |
4.1.1 传统控制方案 |
4.1.2 智能控制方案 |
4.2 料筒温控系统模糊PID控制系统设计 |
4.2.1 常规PID控制 |
4.2.2 模糊控制基本原理与结构 |
4.2.3 模糊控制器设计 |
4.2.4 温控系统模糊PID控制原理及结构 |
4.2.5 输入、输出的模糊化及隶属度函数 |
4.3 料筒温度Smith-模糊PID控制系统设计 |
4.3.1 温控系统Smith-模糊PID控制器结构 |
4.3.2 FFRLS辨识Smith预估模型 |
4.4 混合粒子群算法优化参数 |
4.4.1 粒子群算法基本理论 |
4.4.2 混合粒子群算法基本理论 |
4.5 本章小结 |
第5章 橡胶挤出机料筒温度控制系统仿真与验证 |
5.1 传统PID与模糊PID控制系统仿真实验研究 |
5.1.1 传统PID控制系统仿真 |
5.1.2 模糊PID控制系统仿真 |
5.2 Smith-模糊PID控制系统仿真实验研究 |
5.2.1 Smith-模糊PID控制系统受参数变化的影响 |
5.2.2 基于FFRLS辨识Smith预估模型的系统仿真 |
5.2.3 Smith-模糊PID控制系统仿真 |
5.3 混合粒子群算法优化Smith-模糊PID控制系统仿真研究 |
5.3.1 粒子群算法优化PID控制器参数 |
5.3.2 混合粒子群算法优化PID控制器参数 |
5.3.3 混合粒子群算法与粒子群算法优化效果对比分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 研究工作总结 |
6.2 未来研究展望 |
参考文献 |
个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
一、个人简历 |
二、研究成果 |
致谢 |
(2)基于振动力场作用下三螺杆挤出聚乳酸基材料混合机理及其结构性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
物理量名称及符号 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 螺杆挤出机的发展研究历程 |
1.2.1 单双螺杆挤出机的研究现状 |
1.2.2 三螺杆挤出机的研究现状 |
1.2.3 振动力场的引入对聚合物加工的研究现状 |
1.3 混合理论的研究现状 |
1.3.1 混合的分类 |
1.3.2 混合研究的方法 |
1.4 本文的研究意义、研究目标、研究内容及创新点 |
1.4.1 研究意义 |
1.4.2 研究内容 |
1.4.3 创新点 |
1.5 本章小结 |
第二章 平衡式三螺杆动态挤出机研制与实验方案 |
2.1 平衡式三螺杆动态挤出机的研制 |
2.1.1 主测控模块 |
2.1.2 激振模块 |
2.1.3 三螺杆挤出模块 |
2.2 平衡式三螺杆动态挤出机实验方案 |
2.2.1 实验目的 |
2.2.2 实验设备与仪器 |
2.2.3 样品制备与表征 |
2.3 本章小结 |
第三章 平衡式三螺杆动态挤出机塑化输运系统运动学模型 |
3.1 螺杆物理模型 |
3.2 螺杆数学模型 |
3.2.1 螺杆几何关系 |
3.2.2 螺杆的运动速度分析 |
3.3 振动力场对螺杆的运动速度分析 |
3.3.1 螺杆周向速度 |
3.3.2 螺杆轴向速度 |
3.3.3 螺杆周向和轴向形变速率 |
3.4 本章小结 |
第四章 平衡式三螺杆动态挤出机混合混炼数值模拟 |
4.1 数值模拟的前处理 |
4.1.1 几何模型的建立 |
4.1.2 数学模型建立 |
4.1.3 网格划分与边界条件 |
4.1.4 啮合块的运动 |
4.2 数值模拟结果分析 |
4.2.1 速度场 |
4.2.2 混合指数 |
4.2.3 粒子停留时间分布 |
4.2.4 分离尺度 |
4.2.5 最大剪切应力 |
4.3 本章小结 |
第五章 振动力场对PLA/EPDM共混体系的混合与结构性能研究 |
5.1 实验 |
5.1.1 实验材料 |
5.1.2 实验设备与仪器 |
5.1.3 实验方案 |
5.1.4 样品制备与表征 |
5.2 引入振动力场对力学性能的研究 |
5.2.1 极差分析 |
5.2.2 方差分析 |
5.3 振动力场对PLA/EPDM共混体系性能研究 |
5.3.1 振动力场对脆断面微观形貌的影响 |
5.3.2 振动力场对力学的影响 |
5.3.3 振动力场对热稳定的影响 |
5.4 本章小结 |
第六章 振动力场对PLA/PBS/EGMA共混体系混合与结构性能研究 |
6.1 实验 |
6.1.1 实验材料 |
6.1.2 实验设备与仪器 |
6.1.3 实验方案 |
6.1.4 样品制备与表征 |
6.2 相容性分析 |
6.2.1 EGMA在 PLA/PBS中的分布分析 |
6.2.2 红外光谱分析 |
6.2.3 EGMA的分布的相形态 |
6.2.4 凝胶分数 |
6.3 加工参数对PLA/PBS/EGMA力学性能 |
6.3.1 稳态工作条件下力学性能的研究 |
6.3.2 振动力场对力学性能的研究 |
6.4 振动力场对体系性能的研究 |
6.4.1 振动力场对体系微观形貌的影响 |
6.4.2 振动力场对体系凝胶分数的影响 |
6.4.3 振动力场对体系力学性能的影响 |
6.4.4 振动力场对体系结晶行为的影响 |
6.4.5 振动力场对体系热稳定性的影响 |
6.6 振动力场对体系作用的分散混合机理 |
6.7 本章小结 |
第七章 振动力场对PLA/OMMT复合材料体系混合与结构性能研究 |
7.1 实验 |
7.1.1 实验材料 |
7.1.2 实验设备与仪器 |
7.1.3 实验方案 |
7.1.4 样品制备与表征 |
7.2 振动力场对体系微观形貌的影响 |
7.2.1 振幅对体系微观形貌的影响 |
7.2.2 振频对体系微观形貌的影响 |
7.3 振动力场对体系的WXRD的影响 |
7.3.1 振幅对体系的WXRD的影响 |
7.3.2 振频对体系的WXRD的影响 |
7.4 振动力场对体系FT-IR的影响 |
7.4.1 振幅对体系红外光谱的影响 |
7.4.2 振频对体系红外光谱的影响 |
7.5 振动力场对体系力学性能的影响 |
7.5.1 振幅对体系拉伸性能的影响 |
7.5.2 振频对体系拉伸性能的影响 |
7.5.3 振幅/振频对体系冲击性能的影响 |
7.6 振动力场对体系结晶行为的影响 |
7.6.1 振幅对体系结晶行为的影响 |
7.6.2 振频对体系结晶行为的影响 |
7.7 振动力场对体系热稳定的影响 |
7.7.1 振幅对体系热稳定性的影响 |
7.7.2 振频对体系热稳定性的影响 |
7.8 振动力场对体系作用的分散混合机理 |
7.9 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(3)单轴偏心转子挤出机固体输送过程及特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
物理量名称及符号 |
第一章 绪论 |
1.1 概述 |
1.2 传统的固体输送机理 |
1.2.1 摩擦拖曳支配的固体输送机理 |
1.2.2 正位移支配的固体输送机理 |
1.2.3 固体输送过程中的形变和熔融机理 |
1.3 体积拉伸流变的机理及应用 |
1.3.1 体积拉伸流变的机理 |
1.3.2 体积拉伸流变的应用 |
1.4 研究意义、目的、内容和创新点 |
1.4.1 研究意义和目的 |
1.4.2 研究内容 |
1.4.3 创新点 |
第二章 固体输送原理及单元的参数化 |
2.1 偏心转子挤出机组成结构 |
2.1.1 挤压系统 |
2.1.2 传动系统 |
2.1.3 控制系统 |
2.1.4 加热冷却系统 |
2.2 偏心转子挤出机工作机理 |
2.2.1 偏心转子输运单元的输运原理 |
2.2.2 偏心转子挤出机的输运原理 |
2.3 固体输送单元的参数化 |
2.3.1 转子的型线方程 |
2.3.2 定子的型线方程 |
2.3.3 腔体的厚度方程 |
2.4 本章小结 |
第三章 固体输送过程实验与测量表征方法 |
3.1 实验内容 |
3.1.1 输送特性实验 |
3.1.2 拆机实验 |
3.1.3 聚烯烃体系实验 |
3.1.4 聚丙烯/高岭土体系实验 |
3.2 实验材料 |
3.2.1 基本参数 |
3.2.2 热性能参数 |
3.2.3 流变性能参数 |
3.3 实验设备及参数 |
3.3.1 固体输送测试设备 |
3.3.2 偏心转子挤出机 |
3.3.3 其他仪器 |
3.4 测试与表征方法 |
3.4.1 微观形貌测试(SEM) |
3.4.2 差示扫描量热法(DSC) |
3.4.3 X射线衍射测试(XRD) |
3.4.4 热重分析(TG) |
3.4.5 流变性能测试(DRM) |
3.5 本章小结 |
第四章 固体输送量解析及实验验证 |
4.1 固体输送量 |
4.1.1 固体输送质量模型 |
4.1.2 单股固体输送质量 |
4.1.3 返料系数 |
4.2 输送量解析及实验验证 |
4.2.1 输送量与物料种类的关系 |
4.2.2 输送量与偏心距的关系 |
4.2.3 输送量与定子导程的关系 |
4.2.4 输送量与转速的关系 |
4.2.5 输送量与间隙的关系 |
4.2.6 输送量与压力的关系 |
4.3 本章小结 |
第五章 聚烯烃固体输送形态与特性 |
5.1 固体输送形态分析 |
5.1.1 散粒体聚集 |
5.1.2 聚集体压实 |
5.1.3 压实体输送 |
5.1.4 固体单元密度变化 |
5.2 形态与工艺参数的关系 |
5.2.1 形态与温度的关系 |
5.2.2 形态与转速的关系 |
5.2.3 形态与摩擦的关系 |
5.3 聚烯烃固体输送特性分析 |
5.3.1 微观形貌 |
5.3.2 结晶性能 |
5.3.3 凝聚态结构 |
5.3.4 热稳定性 |
5.3.5 流变性能 |
5.4 本章小结 |
第六章 聚丙烯/高岭土固体输送特性 |
6.1 聚丙烯填充体系在不同流场下的分散 |
6.1.1 螺杆剪切流场下玻璃微珠的分散 |
6.1.2 叶片拉伸流场下碳酸钙的分散 |
6.2 聚丙烯/高岭土偏心转子固体输送特性分析 |
6.2.1 微观形貌 |
6.2.2 结晶性能 |
6.2.3 凝聚态结构 |
6.2.4 热稳定性 |
6.2.5 流变性能 |
6.3 本章小结 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(4)场协同螺杆塑化过程流动特性与强化传热机理研究(论文提纲范文)
学位论文数据集 |
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 聚合物塑化理论概述 |
1.2.1 聚合物塑化系统的发展 |
1.2.2 聚合物塑化混合理论 |
1.2.3 聚合物塑化传热理论 |
1.3 塑化过程的强化传质研究现状 |
1.4 塑化过程的强化传热研究现状 |
1.5 多场协同理论研究现状 |
1.5.1 多场耦合及场协同原理 |
1.5.2 牛顿流体域的多场协同问题 |
1.5.3 非牛顿流体域的多场协同问题 |
1.6 本课题研究路线、研究内容与创新点 |
1.6.1 研究路线 |
1.6.2 研究内容 |
1.6.3 研究创新点 |
第二章 聚合物塑化过程多场协同理论分析 |
2.1 聚合物流动混合过程的熵增效应 |
2.2 聚合物流动传热过程的协同效应 |
2.3 新型扭转元件及场协同螺杆设计 |
2.3.1 扭转元件流动模型 |
2.3.2 扭转元件传热模型 |
2.3.3 扭转元件熔融模型 |
2.4 扭转流动过程中的熵增效应分析 |
2.5 扭转流动过程中的协同效应分析 |
2.5.1 数值分析模型 |
2.5.2 速度场与速度梯度场的协同分析 |
2.5.3 速度场与温度梯度场的协同分析 |
2.5.4 速度梯度场与剪切速率场的协同分析 |
2.5.5 温度梯度场与剪切速率场的协同分析 |
2.6 小结 |
第三章 场协同螺杆塑化过程传热传质模拟研究 |
3.1 扭转流道模型及其性能分析 |
3.1.1 数值分析模型 |
3.1.2 传质与速度特性 |
3.1.3 熔融与温度特性 |
3.1.4 传热与协同特性 |
3.2 扭转元件与常用新型元件性能对比 |
3.2.1 数值分析模型 |
3.2.2 传质与速度特性 |
3.2.3 均质与混合特性 |
3.2.4 传热与温度特性 |
3.3 场协同螺杆单相流模型及传热性能分析 |
3.3.1 数值分析模型 |
3.3.2 温度分布特性 |
3.3.3 强化传质与速度特性 |
3.3.4 强化传热与协同特性 |
3.4 场协同螺杆单相流模型及混合性能分析 |
3.4.1 数值分析模型 |
3.4.2 混合能力 |
3.4.3 混合效率 |
3.4.4 塑化质量 |
3.5 场协同螺杆两相流模型及其性能分析 |
3.5.1 数值分析模型 |
3.5.2 两相流体熔融特性 |
3.5.3 强化传热与协同特性 |
3.6 小结 |
第四章 场协同螺杆塑化过程传热传质试验研究 |
4.1 场协同螺杆的强化传质可视化试验 |
4.1.1 冷态可视化试验装置的搭建 |
4.1.2 微颗粒在液体槽中的流动行为 |
4.1.3 微气泡在液体槽中的分散行为 |
4.2 传热传质试验平台及表征 |
4.2.1 热态多参数在线监测挤出系统搭建 |
4.2.2 试验原料及性能表征 |
4.3 场协同螺杆的强化混合性能 |
4.3.1 流动沿程分散相颗粒分布 |
4.3.2 挤出样条分散相颗粒分布 |
4.3.3 停留时间分布 |
4.4 场协同螺杆的强化传热性能 |
4.4.1 对流换热系数 |
4.4.2 径向温度分布 |
4.5 场协同螺杆的能耗特性 |
4.5.1 设备比能耗 |
4.5.2 电机转动功率 |
4.6 小结 |
第五章 聚合物塑化螺杆性能多目标综合评价体系 |
5.1 塑化螺杆性能评价方法体系确立 |
5.2 塑化螺杆性能单一评价因子建立 |
5.2.1 混合评价因子 |
5.2.2 传热评价因子 |
5.2.3 塑化评价因子 |
5.2.4 能耗评价因子 |
5.2.5 协同评价因子 |
5.3 塑化螺杆性能综合评价因子建立 |
5.4 小结 |
第六章 场协同螺杆在微发泡领域的应用 |
6.1 场协同微发泡专用螺杆的设计开发 |
6.1.1 场协同螺杆设计 |
6.1.2 试验原料及设备 |
6.2 单螺杆挤出化学发泡 |
6.2.1 机头温度对泡孔质量的影响 |
6.2.2 成核剂对泡孔质量的影响 |
6.3 超临界流体挤出物理发泡 |
6.4 回收碳纤维增强复合材料 |
6.5 小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
研究成果及发表的学术论文 |
已发表论文 |
合作出版着作 |
申请及已授权专利 |
作者及导师简介 |
附件 |
(5)聚合物场协同塑化系统传热与能耗特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景 |
1.2 提高聚合物塑化质量研究现状 |
1.3 聚合物加工设备能耗的研究现状 |
1.4 场协同原理及其在聚合物加工方面的研究 |
1.5 本课题研究内容 |
第二章 扭转元件强化传热性能优化 |
2.1 参数渐变法解决传热问题 |
2.2 数值模拟模型的建立 |
2.2.1 三维模型的建立 |
2.2.2 聚合物熔体流动数学模型 |
2.2.3 边界条件设定 |
2.3 传热性能评价指标 |
2.4 扭转元件结构参数对传热性能影响 |
2.4.1 槽深对传热性能的影响 |
2.4.2 棱宽对传热性能的影响 |
2.4.3 螺棱数对传热效果的影响 |
2.4.4 螺棱倾角对传热效果的影响 |
2.5 流道宽深比对传热性能的影响 |
2.6 本章小结 |
第三章 扭转元件转动能耗优化 |
3.1 转动能耗模拟方法 |
3.1.1 网格重叠技术 |
3.1.2 螺杆的受力及扭矩统计计算 |
3.2 扭转元件和单螺纹螺杆的三维模型建立 |
3.3 数值模拟模型的建立 |
3.3.1 聚合物流动数学模型的建立 |
3.3.2 材料物性参数 |
3.3.3 边界条件的设定 |
3.4 扭转元件转动能耗的探究 |
3.4.1 转动能耗评价标准 |
3.4.2 扭转元件与单螺纹螺杆转动能耗对比 |
3.4.3 正交实验探究结构参数对转动能耗的影响 |
3.5 螺杆转速对扭转元件转动能耗的影响 |
3.6 本章小结 |
第四章 模拟结果的实验分析和验证 |
4.1 实验平台 |
4.1.1 30挤出机 |
4.1.2 扭转元件结构 |
4.1.3 温度在线测量系统 |
4.2 温度分布 |
4.2.1 棱宽组温度分布 |
4.2.2 槽深组温度分布 |
4.2.3 螺棱数组温度分布 |
4.3 螺杆转动功耗 |
4.3.1 棱宽组转动功耗 |
4.3.2 槽深组转动功耗 |
4.3.3 螺棱数组转动能耗 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 文章总结 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
研究成果及发表的学术论文 |
作者及导师简介 |
附件 |
(6)偏心转子挤出机流场和混合性能的数值模拟与实验(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 挤出机的研究进展 |
1.1.1 传统的螺杆式挤出机 |
1.1.2 聚合物新型成型装备 |
1.2 偏心转子挤出机的研究现状 |
1.3 挤出机混合性能的数值模拟研究现状 |
1.4 本文研究内容与意义 |
1.5 本章小结 |
第二章 流场和混合性能的数值模拟基础 |
2.1 偏心转子挤出机的结构与工作原理 |
2.1.1 偏心转子挤出机的基本结构 |
2.1.2 偏心转子挤出机的工作原理 |
2.1.3 偏心转子的运动学分析 |
2.2 混合模拟的理论基础 |
2.2.1 混合的分类 |
2.2.2 混合效率 |
2.2.3 混合指数 |
2.2.4 停留时间 |
2.3 数值模拟软件与相关技术介绍 |
2.3.1 POLYFLOW软件介绍 |
2.3.2 网格叠加技术 |
2.3.3 用户自定义函数 |
2.4 本章小结 |
第三章 流场和混合性能的数值模型建立 |
3.1 几何模型 |
3.2 流场和混合性能数学模型的建立 |
3.2.1 控制方程的选择 |
3.2.2 有限元网格的划分 |
3.2.3 边界条件的设定 |
3.2.4 材料参数 |
3.3 流场和混合任务的求解过程 |
3.3.1 流场的求解 |
3.3.2 模型长度对流场的影响 |
3.3.3 网格无关性检验 |
3.3.4 混合任务的求解 |
3.4 本章小结 |
第四章 熔体输送段流场和混合性能的数值模拟 |
4.1 流场模拟结果分析 |
4.2 工艺条件与结构参数对泄漏的影响 |
4.2.1 转子转速对泄漏的影响 |
4.2.2 转子半径对泄漏的影响 |
4.2.3 偏心距对泄漏的影响 |
4.2.4 转子螺距对泄漏的影响 |
4.2.5 间隙对泄漏的影响 |
4.3 粒子的运动轨迹 |
4.4 混合特性参数的统计分析 |
4.4.1 最大剪切速率 |
4.4.2 最大拉伸速率 |
4.4.3 最大时均混合效率 |
4.4.4 最大混合指数 |
4.4.5 停留时间分布 |
4.4.6 相邻粒子间距离 |
4.5 本章小结 |
第五章 工艺条件与结构参数对混合性能的影响 |
5.1 转子转速对混合性能的影响 |
5.1.1 转速对粒子经历的最大剪切速率的影响 |
5.1.2 转速对粒子经历的最大拉伸速率的影响 |
5.1.3 转速对粒子经历的最大时均混合效率的影响 |
5.1.4 转速对粒子经历的最大混合指数的影响 |
5.1.5 转速对粒子停留时间的影响 |
5.2 转子半径对混合性能的影响 |
5.2.1 半径对粒子经历的最大剪切速率的影响 |
5.2.2 半径对粒子经历的最大拉伸速率的影响 |
5.2.3 半径对粒子经历的最大时均混合效率的影响 |
5.2.4 半径对粒子经历的最大混合指数的影响 |
5.2.5 半径对粒子停留时间的影响 |
5.3 偏心距对混合性能的影响 |
5.3.1 偏心距对粒子经历的最大剪切速率的影响 |
5.3.2 偏心距对粒子经历的最大拉伸速率的影响 |
5.3.3 偏心距对粒子经历的最大时均混合效率的影响 |
5.3.4 偏心距对粒子经历的最大混合指数的影响 |
5.3.5 偏心距对粒子停留时间的影响 |
5.4 转子螺距对混合性能的影响 |
5.4.1 螺距对粒子经历的最大剪切速率的影响 |
5.4.2 螺距对粒子经历的最大拉伸速率的影响 |
5.4.3 螺距对粒子经历的最大时均混合效率的影响 |
5.4.4 螺距对粒子经历的最大混合指数的影响 |
5.4.5 螺距对粒子停留时间的影响 |
5.5 间隙对混合性能的影响 |
5.5.1 间隙对粒子经历的最大剪切速率的影响 |
5.5.2 间隙对粒子经历的最大拉伸速率的影响 |
5.5.3 间隙对粒子经历的最大时均混合效率的影响 |
5.5.4 间隙对粒子经历的最大混合指数的影响 |
5.5.5 间隙对粒子停留时间的影响 |
5.6 本章小结 |
第六章 偏心转子挤出机混合性能的实验验证 |
6.1 实验方案 |
6.2 实验步骤 |
6.3 实验结果 |
6.4 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(7)基于旋转斜盘的螺杆激振器研制及其负载特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
物理量名称及符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 激振器的种类及其优缺点 |
1.3 聚合物加工引入振动场的研究 |
1.4 电磁动态塑化挤出机的相关研究 |
1.5 本课题研究的意义和目的 |
1.6 课题研究的主要内容 |
1.7 论文的创新点 |
1.8 本章小结 |
第二章 旋转斜盘螺杆激振器的结构和工作原理 |
2.1 概述 |
2.2 基于旋转斜盘的螺杆激振动态挤出机 |
2.3 螺杆激振器的结构和工作原理 |
2.3.1 螺杆激振器基本结构 |
2.3.2 螺杆激振器工作原理 |
2.4 螺杆激振器振动解析 |
2.4.1 旋转斜盘运动过程的数学解析 |
2.4.2 激振器结构参数对螺杆振动的影响 |
2.5 反向偏心双螺纹槽螺杆结构 |
2.6 本章小结 |
第三章 激振系统动力学特性及挤出综合特性 |
3.1 概述 |
3.2 螺杆轴向振动动力学简化模型 |
3.3 旋转斜盘推力的确定 |
3.4 动力学特性模型求解与分析 |
3.5 动力学模型中各参数的确定 |
3.5.1 螺杆所受轴向作用力 |
3.5.2 聚合物等效阻尼粘度 |
3.5.3 旋转斜盘激振系统刚度 |
3.6 挤出综合负载工作特性 |
3.6.1 物理模型 |
3.6.2 数学模型 |
3.6.2.1 基本假设 |
3.6.2.2 流动方程 |
3.6.3 熔体流动模型 |
3.6.4 熔体速度 |
3.6.5 挤出流率 |
3.6.6 挤出压力梯度 |
3.6.7 压力差与流率特性 |
3.6.8 挤出功率 |
3.7 本章小结 |
第四章 挤出机综合工作特性实验 |
4.1 概述 |
4.2 实验材料 |
4.3 实验目的与内容 |
4.3.1 实验目的 |
4.3.2 实验内容 |
4.4 实验方法和步骤 |
4.4.1 实验方法 |
4.4.2 实验步骤 |
4.5 实验装置和参数 |
4.5.1 实验装置 |
4.5.2 实验参数 |
4.6 本章小结 |
第五章 实验结果的分析和讨论 |
5.1 概述 |
5.2 振动参数对挤出压力的影响 |
5.3 实验结果确定振动系统相关参数 |
5.3.1 振动系统刚度k值 |
5.3.2 固有频率ω_n和阻尼比ξ |
5.4 振动力场作用下实验参数对挤出功率的影响 |
5.4.1 螺杆转速对挤出功率的影响 |
5.4.2 振动参数对挤出功率的影响 |
5.4.3 挤出压力与挤出功率的关系 |
5.5 振动力场作用下挤出产量与挤出压力的关系 |
5.5.1 挤出流率特性 |
5.5.2 挤出口模特性 |
5.6 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(8)橡塑类机械内置式双边电磁感应加热关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的背景和意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 课题的意义 |
1.2 国内外研究动态与现状 |
1.2.1 感应加热技术研究动态 |
1.2.2 感应加热涡流场研究现状 |
1.2.3 挤塑类设备流道内聚合物流动与传热研究现状 |
1.3 本课题主要研究内容 |
第2章 内置式双边电磁感应加热涡流分布规律研究与加热功率解析 |
2.1 双边电磁感应加热机理 |
2.1.1 基本结构与工作机理 |
2.1.2 系统热源分析 |
2.1.3 双边电磁加热系统总功率数学模型 |
2.2 内置式双边电磁感应加热系统涡流三维分布规律 |
2.2.1 双边电磁加热塑化机三维有限元模型建立 |
2.2.2 双边电磁加热系统涡流分布研究 |
2.2.3 双边电磁加热系统涡流流动分析 |
2.3 转子螺杆结构加热系统涡流功率解析 |
2.3.1 基于螺旋线方程的三维模型建立 |
2.3.2 三维电磁场方程的建立 |
2.3.3 等效面电流模拟及边界条件给定 |
2.3.4 双边加热系统电磁场方程的求解与涡流功率计算 |
2.4 内置式双边电磁加热塑化机热功率分析 |
2.4.1 电磁绕组热功率计算 |
2.4.2 磁滞功率计算 |
2.4.3 系统热功率组成分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 内置式双边电磁感应加热系统绕组分析与结构设计 |
3.1 电磁绕组相数分析 |
3.1.1 单相绕组等效面电流计算 |
3.1.2 三相对称绕组等效面电流计算 |
3.2 绕组嵌线方向与排布形式分析 |
3.2.1 绕组嵌线方向对磁场分布的影响 |
3.2.2 绕组排布形式对磁场分布的影响 |
3.3 内置式双边电磁加热系统结构分析 |
3.3.1 铁心轴向分段对涡流的影响 |
3.3.2 转子螺纹表面涡流分析 |
3.3.3 绕组槽结构设计与分析 |
3.4 参数特性分析 |
3.4.1 气隙长度特性分析 |
3.4.2 频率特性分析 |
3.4.3 电流强度特性分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 内置式双边电磁感应加热塑化机加热性能研究 |
4.1 内置式双边电磁感应加热塑化机磁-热耦合计算 |
4.1.1 双边电磁加热塑化机求解域及边界条件 |
4.1.2 机筒与转子螺杆涡流热源计算 |
4.1.3 机筒与转子螺杆电磁加热温升模拟 |
4.2 系统参数对加热性能的影响分析 |
4.2.1 绕组排布形式对温度影响分析 |
4.2.2 气隙长度对温度分布影响 |
4.2.3 频率对温度影响分析 |
4.3 加热方式对塑化机加热性能的影响研究 |
4.3.1 内置式电磁加热与缠绕式电磁加热磁场对比 |
4.3.2 内置式电磁加热与缠绕式电磁加热性能对比 |
4.4 本章小结 |
第5章 内置式电磁加热塑化机聚合物流动与传热分析 |
5.1 橡胶聚合物流体模型建立 |
5.1.1 基本假设 |
5.1.2 流体场数学方程的建立 |
5.1.3 边界条件给定 |
5.2 双边加热条件下聚合物流动特性分析 |
5.3 双边电磁加热塑化机温度分布与传热研究 |
5.4 本章小结 |
第6章 内置式电磁加热塑化机实验研究 |
6.1 塑化机单元样机实验研究 |
6.1.1 铁心轴向分段实验与分析 |
6.1.2 绕组排布形式实验与分析 |
6.1.3 闭口槽样机加热实验与分析 |
6.1.4 开口槽样机加热实验与分析 |
6.1.5 轴向长度对加热性能影响分析 |
6.2 内置式电磁加热橡胶塑化机组实验研究 |
6.2.1 内置式双边电磁加热塑化机预热实验 |
6.2.2 内置式双边电磁加热塑化机负载实验 |
6.3 新型塑化机再生胶性能测试 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(9)聚烯烃振动剪切形变强化挤出特性及模型化研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
物理量名称及符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 聚合物熔体叠加振动技术的研究进展 |
1.3 振动力场中熔体流变特性研究进展 |
1.4 塑料电磁动态塑化挤出机的研究 |
1.5 课题研究的意义及目的 |
1.6 课题研究的主要内容 |
1.7 本章小结 |
第二章 机械激振式动态挤出机的构造和原理 |
2.1 概述 |
2.2 机械激振式动态挤出机基本结构 |
2.3 激振系统结构和工作原理 |
2.3.1 激振系统的基本结构 |
2.3.2 激振系统的工作原理 |
2.4 激振装置振动解析 |
2.4.1 振动过程的数学解析 |
2.4.2 机械结构参数对螺杆振动的影响 |
2.5 基于反向偏心双螺纹槽螺杆结构 |
2.6 本章小结 |
第三章 动态熔体输送的模型化研究 |
3.1 概述 |
3.2 物理模型 |
3.2.1 螺槽深度解析 |
3.2.2 物理模型建立 |
3.3 数学模型 |
3.3.1 坐标系 |
3.3.2 基本假设 |
3.3.3 基本方程 |
3.3.4 边界条件 |
3.4 流场求解 |
3.4.1 普通单螺槽内熔体流动解析 |
3.4.2 偏心双螺槽内熔体流动解析 |
3.5 功率求解 |
3.6 本章小结 |
第四章 动态挤出特性实验 |
4.1 概述 |
4.2 实验材料 |
4.3 实验目的和内容 |
4.3.1 实验目的 |
4.3.2 实验内容 |
4.4 实验方法和步骤 |
4.4.1 实验方法 |
4.4.2 实验步骤 |
4.5 实验装置和实验参数 |
4.5.1 实验装置 |
4.5.2 实验参数 |
4.6 本章小结 |
第五章 实验结果分析和讨论 |
5.1 概述 |
5.2 振动剪切形变强化下挤出压力与实验参数的关系 |
5.2.1 挤出压力与螺杆转速的关系 |
5.2.2 挤出压力与振动参数的关系 |
5.3 振动剪切形变强化下挤出功率与实验参数的关系 |
5.3.1 挤出功率与螺杆转速的关系 |
5.3.2 挤出功率与振动参数的关系 |
5.3.3 挤出功率与挤出压力的关系 |
5.4 振动剪切形变强化下挤出产量与实验参数的关系 |
5.4.1 挤出产量与振动参数的关系 |
5.4.2 挤出产量与挤出压力的关系 |
5.5 振动剪切形变强化挤出特性的综合分析 |
5.6 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(10)基于拉伸流变的聚合物塑化输运过程能耗特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
物理量名称及符号表 |
第一章 绪论 |
1.1 概述 |
1.2 聚合物塑化输运理论 |
1.2.1 固体输送理论 |
1.2.2 熔融理论 |
1.2.3 熔体输送理论 |
1.3 拉伸流场及其在聚合物塑化加工中的应用 |
1.3.1 流动与流场类型 |
1.3.2 拉伸流场的实现 |
1.3.3 拉伸流场在聚合物加工中的应用及其优势 |
1.4 课题研究的目的和意义 |
1.5 课题研究的主要内容 |
1.6 本章小结 |
第二章 聚合物叶片塑化输运方法与原理 |
2.1 拉伸形变支配的聚合物塑化输运 |
2.1.1 聚合物塑化输运方法的演变与创新 |
2.1.2 基于拉伸流变的塑化输运机理及其特点 |
2.2 聚合物叶片塑化输运设备 |
2.2.1 叶片塑化输运单元 |
2.2.2 叶片塑化挤出机 |
2.3 本章小结 |
第三章 基于拉伸流变的塑化输运过程 |
3.1 叶片单元的物理描述 |
3.1.1 建立坐标系 |
3.1.2 基本参数 |
3.2 叶片单元的固体输送 |
3.2.1 基本假设 |
3.2.2 数学模型的建立及求解 |
3.2.3 叶片容腔内物料的运动速度 |
3.2.4 叶片容腔内的压力分布 |
3.2.5 不同工作状态下叶片容腔内的压力 |
3.3 叶片单元中的熔融 |
3.3.1 物理模型及基本假设 |
3.3.2 数学模型的建立及求解 |
3.4 叶片单元的熔体输送 |
3.4.1 基本假设 |
3.4.2 熔体在叶片容腔中的运动过程及求解 |
3.4.3 叶片容腔中的速度分布及拉伸形变速率 |
3.4.4 叶片容腔中的压力分布 |
3.4.5 熔体在相邻叶片单元间的输送过程 |
3.5 本章小结 |
第四章 拉伸形变主导的塑化输运过程能耗特性 |
4.1 叶片单元的固体输送能耗 |
4.1.1 能量的来源与消耗 |
4.1.2 固体输送不同阶段的能耗 |
4.2 叶片单元中的熔融能耗 |
4.3 叶片单元的熔体输送能耗 |
4.3.1 进料阶段的能耗 |
4.3.2 出料阶段的能耗 |
4.4 本章小结 |
第五章 叶片挤出机能耗特性实验 |
5.1 实验目的和内容 |
5.1.1 实验目的 |
5.1.2 实验内容 |
5.2 实验设备及材料 |
5.2.1 叶片实验装置 |
5.2.2 聚合物叶片塑化挤出机 |
5.2.3 测量仪表 |
5.2.4 实验材料 |
5.3 实验方法 |
5.3.1 叶片容腔固体压缩过程的能耗特性实验 |
5.3.2 叶片容腔固体出料过程的能耗特性实验 |
5.3.3 叶片容腔熔体输送过程的能耗特性实验 |
5.3.4 叶片挤压系统能耗特性实验 |
5.4 实验结果与讨论 |
5.4.1 固体压缩过程能耗特性实验结果与讨论 |
5.4.2 固体出料过程能耗特性实验结果与讨论 |
5.4.3 熔体输送过程能耗特性实验结果与讨论 |
5.4.4 叶片挤压系统能耗特性实验结果与讨论 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
四、电磁动态塑化挤出机性能的模拟计算与分析(论文参考文献)
- [1]橡胶复合挤出机料筒温度系统建模与控制算法优化研究[D]. 赵金迪. 桂林理工大学, 2021(01)
- [2]基于振动力场作用下三螺杆挤出聚乳酸基材料混合机理及其结构性能研究[D]. 薛斌. 华南理工大学, 2020(01)
- [3]单轴偏心转子挤出机固体输送过程及特性研究[D]. 亢本昊. 华南理工大学, 2020(01)
- [4]场协同螺杆塑化过程流动特性与强化传热机理研究[D]. 鉴冉冉. 北京化工大学, 2019(01)
- [5]聚合物场协同塑化系统传热与能耗特性研究[D]. 马建新. 北京化工大学, 2019(06)
- [6]偏心转子挤出机流场和混合性能的数值模拟与实验[D]. 范德军. 华南理工大学, 2019(01)
- [7]基于旋转斜盘的螺杆激振器研制及其负载特性研究[D]. 苏烨琳. 华南理工大学, 2018(01)
- [8]橡塑类机械内置式双边电磁感应加热关键技术研究[D]. 于建英. 沈阳工业大学, 2015(06)
- [9]聚烯烃振动剪切形变强化挤出特性及模型化研究[D]. 魏小淞. 华南理工大学, 2015(12)
- [10]基于拉伸流变的聚合物塑化输运过程能耗特性研究[D]. 赵晓强. 华南理工大学, 2012(11)