Kenics混合器混合性能的模拟研究

时间:2017-7-13 11:46:00 来源:本网 添加人:admin

  :2005-11基金项目:北京市教委科技发展面上项目――“反应注射新型混合系统开发及工艺研究”(Z04 -),女,北京石油化工学院副教授,博士,主要从事聚合物加工机械的研究。

  数按2指数规律增加。

  11提出,流体流经混合器时不仅被分割,而且由于元件呈螺旋状,将迫使流体围绕其自身水力中心回转,产生自轴心向管壁的径向流动,又由于元件的螺旋方向左右交替变化,这种径向流动也必然不断改变方向。旋转流动有利于促进径向的组分分布以及温度和黏度的均匀。

  2模型基本参数由于Kenics混合元件形状特殊,流动与混合过程复杂,因而,采用模拟软件和数值计算方法分析Kenics混合器的流动特征和混合机理是一有效途径。

  在此利用FUent软件计算流体流经Kenics混合一88―器过程中的应变速率及其分布,进而分析混合元件转速、混合元件和机筒间隙等因素对混合器混合性能的影响。分析中采用两个元件的Kenics混合器模型(如)混合器入口端留有一段圆管,入口端元件为右旋,出口端元件为左旋。混合器模型的几何参数和流表1模型几何参数和流体物性参数混合器机筒直径(D)混合器几何参数Kenics元件厚度(壁厚)Kenics元件长径比入口圆管长度流体物性参数密度(p)黏度(n 3模拟过程基本假设根据雷诺数计算公式Re经计算在模拟分析的混合元件转速范围内,Re均小于3000混合器内流体流动过程可视为层流流动;依实验中实际应用的物料为基础,为简化计算,在计算过程中采用黏度不变的牛顿流体这样在保证不影响混合变化趋势的基础上简化了计算;由于混合元件的旋转使流体速度在局部变化剧烈,但是,对于混合器入口和出口来说,在稳定工作状态下流体为稳定流动,因此,入口条件设为稳定流动;混合过程中温度变化很小,设定流场为等温流场;流体的密度不变,流体惯性力忽略不计;流体与混合器壁面无滑移。

  4有限元模型41有限元网格的划分方法Kenics混合器流道几何形状复杂,如果网格划分过细,网格数据量会急剧增加;如果网格划分粗糙,计算精度下降且容易发散。另一方面由于混合元件旋向正反交替出现,导致流道扭曲无法生成结构网格;在每个混合器元件两端有尺寸较小的缝隙,这样网格尺寸就必须在小于缝隙尺寸下才有可能不生产负体积的单元格。研究采用的是四面体网格。为一个混合元件的Kenics混合器中流场有限元网格图,节点数为52409.两个元件以及考虑壁面间隙时的网格图与此相同,所有模型的网格划分比例完全相同。在计算过程中收敛精度限制在小数点后4位,这样保证计算误差在一定范围内存在,但不会影响分析结果。

  42边界条件速度边界条件包括混合器壁面速度、混合元件表面速度和流体的入口速度3种。混合器壁面速度是流体相对于混合器机筒表面的速度,由的假设可知,混合器壁面流体速度为面速度为:入口端速度由流量决定,在模拟的入口速度:在此,还给定模型出口端(计算i界条件,即出口压力边界条件。为简'应变是表示变形大小的物理量,变化的量为应变速率。根据(3)和(正比于应变速率。采用Flient软件直混合器过程中应变速率及其分布来後能力。

  1静态Kenics混合器中流体流速如8和7、9分别为静态Ker速度场和应变速率分布图。在和上述壁面无滑移0.混合元件表>距离,单位为m;过程中采用较低I出口端)压力边化计算假设出口衷率计算衡量应变随时间4)可知,混合效率流体平均应变速率见表3元件转速增加时,平均应变速率值显著增加。在有间隙和无间隙两种情况下,应变速率平均值与混合元件转速的关系曲线见4由图可见,在低转速下(400rmin以下)应变速率平均值与混合元件转速基本呈直线关系;转速高于400r/min后,应变速率平均值随转速增加的幅度有所降低。

  表3旋转式Kenics混合器中应变速率平均值单位:1/s无间隙有间隙小,但是对速度变化影响明显;在混合元件入口和出处,无间隙时的应变速率大值比有间隙时稍大,这结果有利于增加混合效率,但是也将影响混合器的动稳定性。总体看来,对于旋转式Kenics混合器,合元件与机筒间具有适当的间隙对保证系统流动稳性有很大作用,但对混合效率的影响不大。

  考:耿孝正,张沛。塑料混合及装备M.北京:轻工业出版社,1992在中大约机头宽度8mm处,两种黏度比率下的界面计算值和模拟值差别都比较大,这主要是由于一方面在靠近壁面处熔体的剪切速率比较大,相应的温升就比较高;另一方面,机头的恒温导热油又对熔体进行强制冷却,在这两者的联合作用下,于机头宽度大约nm处产生了大的温升,因而造成了计算值和模拟值之差相对于其他地方要大的现象。

  8结论通过分析共挤出界面位置分布特性,给出了跟踪聚合物共挤出界面位置的解析表达式;采用Caneau流变模型,自行编制计算程序求解了喂料块中聚合物三维流场,进而模拟了喂料块中的聚合物共挤出界面位置分布及其形状。在这里首次给出了求解非牛顿流体的多层共挤界面位置的模拟方法,并给出了矩形截面喂料块中聚合物共挤界面的模拟结果。同时,通过试验验证了这里所给出的计算聚合物复合共挤出界面位置分布方法的可行性,并分析了试验和理论计算间误差形成的原因。

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