层叠流道中天然高分子挤压流动过程的数值模拟

为探究层叠流道中天然高分子材料挤压流动过程与混合特性,建立层叠流道的三维物理模型和有限元网格模型,利用POLYFLOW软件计算了食品熔体在不同的入口流量,挤压过程中的压力、速度、剪切速率分布。结果表明,压力沿着挤出方向呈梯度递减,随着入口流量增大中间位置压力差增大;剪切速率在流道中变化明显,剪切速率从流道中间位置向四周递减,从壁面到流道内部递减;速度在流道内沿着挤出方向先增大后减小,靠近壁面速度小;层叠扭转流道的结构和尺寸设计,有助于提高天然高分子物料的混合效果,并且第1、4层流道混合效果优于第2、3层流道,提高入口流量也有利于提高物料的混合效果。

层叠流道中聚合物共挤过程的数值模拟

采用Bird-Carreau本构方程,利用Polyflow分析软件对尼龙6(PA6)/三元乙丙橡胶(EPDM)熔体在叠层流道中的共挤过程进行了三维等温黏弹数值模拟,对比分析了2种熔体在不同体积流率下在叠层流道中的压力场、速度场和层间界面位置和形貌的情况。结果表明:入口体积流率的变化对界面的位置和形貌有很大影响,当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=Q2=1.5 mm3/s时,PA6熔体在流动过程中逐渐侵入到EPDM熔体的流动空间中,出现界面偏移现象;当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=1 mm3/s,Q2=2 mm3/s时,无界面偏移现象,共挤物形态良好。

层叠流道流场粒子示踪的数值模拟

采用Bird-Carreau本构方程,建立了层叠流道聚合物熔体流动的三维粘弹数值模型,运用有限元法,对示踪粒子在层叠流道中的运动轨迹进行数值模拟,分析工艺参数和流道结构参数对示踪粒子在层叠流道中运动轨迹的影响。并根据分析结果对工艺参数和流道结构参数进行了优化。模拟结果表明,示踪粒子的运动轨迹与理想运动轨迹的偏移值随着入口体积流率(Q)的增大而增大,随着流道水平流程长(L)和流道入口面长宽比(K)的增大而减小。此外,与优化前的层叠流道模型相比,示踪粒子在优化后的层叠流道中流动时产生的偏移值更小。

基于层叠式流道结构多喷嘴电喷头的供液性能研究

在奇数多喷嘴电流体动力喷印系统中,针对流量泵供液时喷嘴阵列获得的流量不均匀影响打印质量的问题,提出在喷头内设置一种层叠式微流道辅助分流的解决办法。基于以上层叠式微流道,系统研究了导流单元几何形状、结构参数和流道并联排布形式对其分流效果的影响规律。结果表明:导流单元为正六边形的流道分配性能较好;增大“多孔”分形通道槽宽可提高供液均匀性;当主通道槽宽不大于0.6 mm时,流道供液均匀性随主通道槽宽增大而提高;并联总出口数为17的双层级流道供液均匀性较好。将层叠式微流道分流结构和实际喷头进行集成,验证了在喷印系统实际施加电场的工况条件下,流道依然能保持很好的供液均匀性,且出口最大不均匀度在6%以内。

数值模拟层叠流道结构参数对熔体压力损失的影响

利用POLYFLOW软件对聚丙烯熔体在层叠流道中的三维等温流场进行了数值模拟,研究了层叠流道结构参数对流道熔体压力损失的影响,并结合分析结果对层叠流道结构尺寸进行了优化。结果表明:熔体在层叠流道中的压力损失随流道水平流程长以及流道进、出口中心的高度差和横向偏距的增大而增大,并随着流道入口长和入口宽的增大而减小;与优化前相比,优化后的层叠流道的熔体压力损失显著降低。

基于Polyflow的层叠取向流道流场分析

利用Polyflow有限元分析软件对层叠取向流道的流场进行模拟研究。对所得流道压力分布等值云图、截面速度分布云图和流体内部速度二维曲线进行分析,得到熔体在层叠取向流道中的流动规律,为层叠取向流道的结构优化提供了理论基础。

基于VOF模型的层叠器流动过程分析及流道结构优化

基于FLUENT软件的流体体积(VOF)模型研究了不同壁面滑移程度以及不同流道结构参数下4层等厚熔体通过层叠器倍增为8层熔体时,流道中熔体的分层情况变化。结果表明,壁面滑移程度的降低会促使熔体在上下壁面聚集,进而导致上下壁面处熔体层厚增加;汇流段与出口段间圆角半径、汇流段扩压角和平衡段长度这3个结构参数则只会影响熔体在左右壁面的聚集,进而影响各层熔体的尺寸精度,且其中扩压角的影响程度最大,平衡段长度次之,圆角半径的影响较小。

微层共挤出过程层叠单元流道三维流场分析

采用Cross-WLF本构方程,建立了层叠单元流道短纤维填充聚合物注塑成型充填阶段三维黏弹数值模型,运用有限元法,对聚合物熔体在层叠单元流道中注塑流动过程进行数值模拟。研究了层叠单元流道中聚合物熔体的流动过程、剪切场分布以及微层剪切流场对短纤维填料的取向作用。结果表明:分流道结构的微小差异会引起聚合物熔体流动波前的不一致,但最终趋于平稳流动状态;聚合物熔体进入扭转、展宽、变薄的区域时,由于流道结构和尺寸突变,剪切速率急剧增大,影响了流动的稳定性;层叠单元流道的结构设计有利于聚合物熔体中短纤维的取向。

微纳层叠天然橡胶/聚丙烯两相挤出的数值模拟研究

为了确保天然橡胶/聚丙烯(NR/PP)通过微纳层叠挤出的厚度均匀,建立了三维模型层叠流道,根据流变测试结果拟合材料黏度,并对NR/PP三维等温黏弹性流动进行了数值模拟。结果表明,当2种物料的入口流动速率相同时,流道出口处两相速度有突变,不同流道之间速度差较大,两相黏度分界不明晰,界面出现一定程度的相互渗入;调整两相的入口流动速率后,速度过渡平稳,不同流道间速度差减小,黏度分界规整,界面无偏移现象。

层叠单元流道对纤维取向作用的数值模拟

基于广义非牛顿流体本构方程,建立了纤维增强聚合物三维层叠单元流道注塑成型充填阶段数学模型,采用Moldex3D对短纤维增强复合材料在层叠单元流道中的注塑流动过程进行模拟,研究了层叠单元流道对纤维流动取向的影响。结果表明:入口处的纤维从开放领域进入较窄领域,取向呈随机分布状态;进入流道后,表层纤维取向度迅速提高;在接近流道出口处,纤维取向度降低,在出口截面的两侧和中间部分均出现了随机取向纤维。