宽幅高分子防水卷材挤出成型CAE研究--基于三维有限元流场模拟分析的L型宽幅片材挤出机头流道设计及流动均匀性分析

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建筑、水利、隧道以及地下工程等防水应用领域对优质宽幅防水卷材的要求十分强烈。为了实现高分子防水卷材工业化生产向宽幅跨越,有设备生产厂家在原有设备基础上进行了按比例放大的尝试,但未获得成功。本课题采用ANSYS有限元计算程序深入地研究了一端进料式片材挤出机头流道内的流动分布规律以及流道几何尺寸、机头压力、物料幂率指数等因素对流动均匀性的影响,在此基础上了设计了宽幅防水卷材挤出机头流道的结构,摸索了应用ANSYS有限元程序进行挤出机头流场三维模拟的方法,直观地表达了流道内的流动分布状况,得出了对于机头优化设计和改造设计很重要的分析结果,实现了在流场研究基础上的宽幅机头流道设计。 借助ANSYS有限元程序,本文的流动研究都是以三维流道模型为基础进行的。资料表明,在此之前关于L型机头的研究则要将流道内物料的流动简化为一维或二维流动。本文模拟了圆柱管缝隙流模型的三维流动场,得到了与Middlemen结论一致的流动均匀性,并通过模拟直观地展示了采用阻尼块可以改善挤出均匀性的现象;分析了多种幂率指数的流体在Mckelvey等人设计的流道模型中的流动分布,得到了与Mckelvey的分析结果接近的压力降和流量偏差;本文建立了1200mm幅宽机头流道的三维有限元模型,并逐个分析各个区域和多个截面的流动分布状况,由此揭示了1200mm幅宽L-型机头流道内的流北京化工大学硕士学位论文动分布基本均匀,并在分析了机头压力对于挤出流动分布的影响后得出结论:较高的机头压力可以获得较大的产量,但是不利于物料均匀分布;模拟了采用圆柱管主流道时机头流道内的流动分布,得出结论:主流道由圆锥管改为圆柱管时对流动均匀性影响不大,通过设置适当的阻尼仍然可以达到挤出平衡;模拟了两端进料式圆柱管无阻尼流道的流动均匀性后得到结论:两端进料式无阻尼结构的流动均匀性较差,宽机头中仍然有必要设置阻尼块;确定宽幅机头流道的基本方案,并设计了一种宽幅防水卷材挤出机头流道的结构,通过流动模拟表明该种结构的流动均匀性较好;考察了宽幅机头对于不同厚度片材的挤出适应性,得到结论:当生产不同厚度的片材时,阻尼块高度需要调整。关键词:高分子防水卷材,三维有限元,流场分析,挤出机,机头II
摘要第3-5页
ABSTRACT第5页
第一章 引言第9-17页
    1.1 高分子防水卷材第9-10页
    1.2 国内外高分子防水卷材生产设备的研究历史及现状第10-11页
    1.3 国内外高分子片材挤出成型研究的历史及现状第11-14页
        1.3.1 成型膜片用挤出机头第11-12页
        1.3.2 高分子片材挤出成型研究的历史及现状第12-14页
        1.3.3 L-型片材挤出机头挤出均匀性研究概况第14页
    1.4 本课题研究的主要内容目的和意义第14-17页
        1.4.1.研究内容第14-15页
        1.4.2.选题目的第15-16页
        1.4.3.该研究的意义及应用前景第16-17页
第二章 早期L型机头雏形的三维有限元模拟第17-31页
    2.1 圆柱管缝隙流模型的模拟第17-25页
        2.1.1 Middlemen的结论第17-18页
        2.1.2 两种圆柱管缝隙流流道模型的建立第18-19页
        2.1.3 圆柱管缝隙流流道内流动场的计算及结果分析第19-23页
        2.1.4 3第23-25页
    2.2 Mckelvey所设计流道模型的模拟分析第25-30页
        2.2.1 Mckelvey的研究成果第25-27页
        2.2.2 Mckelvey所设计机头流道的有限元模型第27页
        2.2.3计算结果分析第27-30页
    2.3小结第30-31页
第三章 L型防水片材挤出机头内流场的模拟第31-50页
    3.1 L-型挤出机头有限元模型的建立第31-33页
        3.1.1机头内部流道的几何模型第31-32页
        3.1.2 单元类型第32页
        3.1.3 流道有限元模型的建立第32-33页
    3.2 物性参数第33-34页
    3.3 1第34-44页
        3.3.1 边界条件的处理第34页
        3.3.2 物性条件的设定第34-35页
        3.3.3 流道内压力分布结果分析第35-37页
        3.3.4 流道内速度分布结果分析第37-41页
        3.3.5 机头压力对流道内流动场影响的分析第41-44页
    3.4 2第44-49页
        3.4.1 有限元模型的建立第44页
        3.4.2 流道内压力分布结果分析第44-46页
        3.4.3 流道内速度分布结果分析第46-49页
    3.5小结第49-50页
第四章 机头流道几何要素对机头内部流动的影响第50-61页
    4.1 圆柱管主流道模型流动场的分析第51-56页
        4.1.1 有限元模型的建立第51-52页
        4.1.2 流道内压力分布结果分析第52-54页
        4.1.3 流道内速度分布结果分析第54-56页
        4.1.4 小结第56页
    4.2 无阻尼机头模型流场的分析第56-61页
        4.2.1 有限元模型的建立第56-57页
        4.2.2 流道内压力分布结果分析第57-58页
        4.2.3 流道内速度分布结果分析第58-60页
        4.2.4 小结第60-61页
第五章 宽幅防水卷材机头内部流道模拟第61-70页
    5.1 宽幅高分子防水卷材挤出机头的流道设计第61-64页
    5.2 宽幅防水卷材挤出机头流道内物料的流动分析第64-65页
        5.2.1 有限元模型的建立第64页
        5.2.2 流道内压力分布结果分析第64页
        5.2.3 流道内速度分布结果分析第64-65页
    5.3 机头厚度适应性的考察第65-70页
        5.3.1 有限元模型的建立第66-68页
        5.3.2 计算结果分析第68-70页
第六章 全文总结第70-72页
参考文献第72-75页
致谢第75-76页
学术论文目录第76页
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