發(fā)布時間：2017-12-29 21:10

  本文關(guān)鍵詞：膠料擠出與混煉過程中非等溫流動的數(shù)值模擬　出處：《中國科學技術(shù)大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：膠料擠出與膠料混煉是汽車輪胎行業(yè)生產(chǎn)中的兩道關(guān)鍵的工序,螺桿擠出機和橡膠密煉機則是相應的生產(chǎn)設備。兩道加工工序都涉及到膠料內(nèi)部含有復雜運動部件并伴隨著極大粘性生熱的復雜熱力耦合問題,直接采用試驗手段研究膠料擠出與混煉過程會很費時費力,在這樣的背景下,本文采用數(shù)值模擬方法對輪胎工業(yè)中的擠出和混煉兩道工序進行了一些初步研究。本文的主要內(nèi)容有:給出了描述膠料流變行為的數(shù)學模型和利用數(shù)值方法模擬膠料擠出與混煉過程的求解策略。根據(jù)膠料的流變特性,采用Bird-Carreau模型和Arrhenius shear stress方程分別表征了膠料粘度隨剪切速率和溫度的變化,擬合結(jié)果表明該流變模型與測試結(jié)果吻合較好。此外,建立了基于網(wǎng)格重置技術(shù)的數(shù)值模擬控制方程,并給出了完整的求解分析流程。建立了單螺桿擠出過程非等溫流動的幾何模型并給出了相關(guān)邊界條件和初始溫度條件。在此基礎上求解了 20RPM轉(zhuǎn)速下的速度場、溫度場和壓力場,并將溫度數(shù)值計算結(jié)果與實測結(jié)果進行了對比,兩者吻合較好,這表明了模型的有效性。此外,本文通過模擬發(fā)現(xiàn)主、副螺紋構(gòu)型的熱喂料螺桿確實可以避免擠出過程中的"死區(qū)"并提供更強剪切作用;螺桿擠出段的副螺紋阻礙了膠料的流動,使得該處壓力更大;由于受剪切時間更長、更強烈,膠料在擠出段溫度最高�？疾炝瞬煌D(zhuǎn)速下的壓力和溫度,結(jié)果發(fā)現(xiàn)擠出過程的最大壓力與最高溫度均隨轉(zhuǎn)速增大而升高,與此同時由于膠料自身的剪切變稀特性和溫度依賴性,壓力與溫度上升的趨勢會隨著轉(zhuǎn)速的升高而減緩。建立了混煉過程的幾何模型并給出了相關(guān)邊界條件和初始溫度條件。在此基礎上,求解了混煉過程中膠料的速度場、剪切速率、壓力場以及混合指數(shù)。速度場結(jié)果表明,進料口與卸料門處的速率總是相對較小,說明該區(qū)域的膠料得不到充分的攪拌;軸向速度場結(jié)果表明了混煉過程中軸向回流的存在。壓力場結(jié)果表明,最大壓力出現(xiàn)在螺旋棱的楔入?yún)^(qū),最小壓力出現(xiàn)在螺旋棱的背壓區(qū)�；旌现笖�(shù)結(jié)果表明:兩轉(zhuǎn)子之間的混合區(qū)以拉伸流動為主,螺旋棱與混煉室壁之間以剪切流動為主。利用組分輸運方法求解了混煉過程中密煉室內(nèi)的濃度變化,并進行了定量表征,以此等效混煉過程中炭黑顆粒等增強相分布混合過程,結(jié)果表明0～12s內(nèi)濃度均化速度非�？�,12s～25s均化速度減緩,36s之后幾乎看不出變化。此外,本文還利用示蹤粒子法求解了混煉過程中的分布混合,結(jié)果表明示蹤粒子法與組分輸運取得的結(jié)果相一致,但是示蹤粒子法不需要考慮組分的自身擴散作用,且計算成本較小。求解了混煉過程中的粘性生熱,并以此給出了混煉過程中膠料整體的溫升曲線。計算結(jié)果表明膠料在混煉過程中溫度基本是隨著時間線性上升的,混煉結(jié)束時的總溫升約為32℃,與工廠實測結(jié)果基本吻合。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ330.63;O35

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本文編號：1351884