三层薄膜挤出吹塑过程中机头流场的模拟分析

【摘要】：塑料薄膜适用的范围广,主要应用在包装工业、纺织工业以及航空航天领域。在塑料薄膜的成型方法中,应用最广泛的是挤出吹塑成型,人们通过实践总结出现代挤出吹塑成型的三大要素,合理的挤出成型工艺、先进的挤出设备、高效的挤出机头和定型装置。在挤出成型设备中,机头是必不可少的组成部件,机头结构对薄膜制品的生产起着决定性的作用。机头流场的分析又是最为关键的部分,各个参数的变化不仅仅关系着生产效率,还影响了机头模具的寿命、制品的精度、模具的成本和制模工艺方法的改进等。基于机头在挤出吹塑薄膜加工中的重要性,研究机头流场具有十分重要的意义。 利用PRO/E建立机头芯棒实体模型,导入GAMBIT中,运用布尔运算建立螺旋流道的三维模型,这种方法建立的模型在网格划分时断面比较少,可以直接划分网格,不需要额外地对模型进行修补。直接运用GAMBIT对建立的几何模型进行网格划分,由于流道的几何模型比较复杂,将实体划分为四面体网格。 根据机头流道的结构特点和物料的特性,作出假设,运用流体力学的基础知识建立数学模型。 运用有限元法对流场进行分析,将网格文件导入FLUENT中,设置物性参数,施加边界条件,利用软件计算流体方程,分析残差图,接着求解出机头流道内的压力分布云图,速度分布云图,对分布云图进行分析说明,最后总结出压力和速度的分布规律以及分析出口处速度的均匀性。提出定性的方法来研究流量分布的均匀性。运用两种方式定性地研究流量的均匀性,分析截面的速度分布云图和圆环截面上的速度周向分布剖面图。第一种可以看出截面速度的分布均匀性,第二种可以很直接地观察到截面的速度沿着周向变化的情况。 分析入口流速,缓冲槽长度,定型段长度和非牛顿指数的变化对流场的影响,总结出不同的参数变化流场的变化规律,分析参数变化对出口处速度均匀性的影响,入口压力和压力降的影响。结果表明入口流速和非牛顿指数的变化对出口处速度分布的均匀性,入口压力和压力降都有很大的影响,而缓冲槽长度和定型段长度的变化对出口处速度分布的均匀性影响不大,对入口压力和压力降也有很大的影响。此研究给人们优化流道结构提供了依据。