本文關鍵詞：單螺桿螺壓過程推進劑流變參數(shù)及物料混合特性的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：固體推進劑是國防工業(yè)中不可或缺的重要材料。目前,固體推進劑的制造生產多以單螺桿擠壓工藝為主,然而生產工序中單螺桿壓延和壓伸過程具有事故多發(fā)、流變參數(shù)復雜、物料實時工況測量困難的特點。考慮到數(shù)值模擬技術可以便捷、直觀地再現(xiàn)工藝細節(jié),因此,論文借鑒有限元分析技術在塑料螺桿擠壓工藝中的應用,利用POLYFLOW仿真平臺對固體推進劑單螺桿擠壓工藝的不同工況,以及螺桿中推進劑物料的混合性能進行分析與研究。根據(jù)推進劑的單螺桿擠出成型過程,首先對其穩(wěn)定工況進行了分析計算,研究了速度場、物料黏度、壓力場以及溫度場等各參數(shù)的幾何分布以及變化規(guī)律,結果表明螺桿螺棱處物料黏度較小、剪切速率較大、黏性生熱明顯,熱量更容易積聚形成“熱點”,生產安全中應重要關注。其次通過對工藝瞬時工況的研究發(fā)現(xiàn)壓力場和溫度場隨時間推移有升高的跡象,且提升幅度遞減,所以生產開車的前期需要著重管控。然后運用單因素法研究了兩個工況下轉速對各參數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)轉速對諸參數(shù)正相關,所以在提高轉速增加產能的同時需格外關注生產過程的安全性。混合性能的研究方面,從停留時間分布、混合指數(shù)以及混合參數(shù)統(tǒng)計3個方面分析了螺桿的混合效果以及不同參數(shù)對其造成的影響。結果表明,和轉速參數(shù)相比螺槽的深度對混合特性影響較大,且混合指數(shù)概率方程與時間無關,而最大混合指數(shù)概率隨時間增大。本文的研究工作對固體推進劑螺壓工藝的生產控制、安全性與經濟性的協(xié)調以及工藝設計的改進等方面具有一定的參考價值。
【關鍵詞】：固體推進劑 單螺桿 數(shù)值模擬 工藝安全
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V512
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內外研究概況11-15
• 1.2.1 固體推進劑及其發(fā)展11-12
• 1.2.2 推進劑生產工藝研究12-14
• 1.2.3 推進劑螺壓工藝安全性研究14-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 2 理論基礎與研究方法17-29
• 2.1 理論基礎17-22
• 2.1.1 單螺桿擠壓成型原理17
• 2.1.2 單螺桿擠壓工藝的混合作用機理17-19
• 2.1.3 物料在螺桿流道內的流動分析19-21
• 2.1.4 螺桿擠出機中混合表征理論21-22
• 2.2 研究方法22-28
• 2.2.1 擠壓工藝的模擬求解22-23
• 2.2.2 流體力學分析軟件23-24
• 2.2.3 POLYFLOW軟件24-28
• 2.3 本章小結28-29
• 3 擠壓工藝數(shù)學模型建立29-42
• 3.1 流體的流變特性29-30
• 3.2 流體的流變模型30-37
• 3.2.1 牛頓流體30-31
• 3.2.2 廣義牛頓流體31-32
• 3.2.3 冪律流體32-35
• 3.2.4 黏彈性流體35-37
• 3.3 數(shù)學模型的簡歷37-41
• 3.3.1 基本假設37
• 3.3.2 連續(xù)性方程37-38
• 3.3.3 運動方程38-39
• 3.3.4 能量方程39-41
• 3.3.5 本構方程41
• 3.4 本章小結41-42
• 4 穩(wěn)定工況下的流變參數(shù)分析42-55
• 4.1 模擬方案的設立42
• 4.2 物料物理參數(shù)及工況條件42-43
• 4.3 幾何模型與網格劃分43-44
• 4.3.1 幾何模型的建立43-44
• 4.3.2 網格劃分44
• 4.4 常規(guī)工況下的流變參數(shù)分析44-51
• 4.4.1 運動學相關參數(shù)與黏度分析45-50
• 4.4.2 溫度參數(shù)分析50-51
• 4.4.3 壓力參數(shù)分析51
• 4.5 不同轉速對物料流變參數(shù)的影響51-54
• 4.5.1 運動學相關參數(shù)與黏度分析52-53
• 4.5.2 溫度與壓力參數(shù)分析53-54
• 4.6 本章小結54-55
• 5 開車工況下的流變參數(shù)分析55-67
• 5.1 幾何模型與網格劃分55-56
• 5.1.1 幾何模型的建立55
• 5.1.2 網格劃分55-56
• 5.2 常規(guī)工況下的流變參數(shù)分析56-65
• 5.2.1 運動學相關參數(shù)與黏度分析57-61
• 5.2.2 壓力參數(shù)分析61-63
• 5.2.3 溫度參數(shù)分析63-65
• 5.3 不同轉速對物料流變參數(shù)的影響65
• 5.4 本章小結65-67
• 6 物料混合特性的研究67-76
• 6.1 停留時間分布的研究67-70
• 6.1.1 停留時間分布67-68
• 6.1.2 停留時間分布模擬計算68
• 6.1.3 模擬結果與討論68-70
• 6.2 混合指數(shù)的研究70-72
• 6.2.1 混合指數(shù)70-71
• 6.2.2 混合指數(shù)的模擬計算與結果討論71-72
• 6.3 混合參數(shù)的統(tǒng)計學研究72-74
• 6.3.1 混合指數(shù)統(tǒng)計學的模擬計算73
• 6.3.2 結果與討論73-74
• 6.4 本章小結74-76
• 7 結束語76-78
• 7.1 結論76-77
• 7.2 創(chuàng)新點77
• 7.3 展望77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-83
• 附錄83

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本文編號：772565