氣輔共擠成型界面不穩(wěn)定的數(shù)值模擬研究.pdf

1、氣體輔助共擠出成型技術(shù)(簡(jiǎn)稱氣輔共擠成型)是一種全新的聚合物多組分成型技術(shù)，它具有傳統(tǒng)共擠成型所無法比擬的優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)多相分層流動(dòng)擠出成型中普遍存在的分層界面不穩(wěn)定現(xiàn)象，研究了聚合物熔體的流變性能和工藝參數(shù)對(duì)氣輔共擠成型界面不穩(wěn)定的影響規(guī)律，并基于流變學(xué)與流體動(dòng)力學(xué)等理論揭示了其界面不穩(wěn)定的產(chǎn)生機(jī)理。主要結(jié)論如下： (1)針對(duì)氣輔共擠成型工藝的成型特點(diǎn)，基于聚合物流變學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)理論，經(jīng)合理假設(shè)，建立了描述非牛頓純粘

2、性聚合物熔體氣輔共擠成型過程的全三維非穩(wěn)態(tài)非等溫理論模型和粘彈性聚合物熔體氣輔共擠成型過程的二維非穩(wěn)態(tài)等溫理論模型。 (2)基于VOF法和移動(dòng)Lagrange界面技術(shù)，分別實(shí)現(xiàn)了非牛頓純粘性和粘彈性氣輔共擠成型過程中前沿界面和分層界面的追蹤。通過Galerkin法、罰函數(shù)法、SUPG法、DEVSS/SU法等混合有限元穩(wěn)態(tài)離散技術(shù)，分別建立了求解高度非線性的三維純粘性和二維粘彈性氣輔共擠成型理論模型的有限元數(shù)值模型，并基于這一模擬

3、系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣輔共擠成型界面不穩(wěn)定的直接有限元數(shù)值模擬。 (3)通過直接有限元數(shù)值模擬，研究了熔體粘度、松弛時(shí)間、擠出速度、熔體溫度和熔體層厚比對(duì)氣輔共擠成型界面不穩(wěn)定的影響規(guī)律，并獲得了擠出口模內(nèi)的速度、壓力、溫度、剪切速率、應(yīng)力和第一法向應(yīng)力差等變量場(chǎng)的分布規(guī)律圖和分層界面形貌圖。基于上述研究發(fā)現(xiàn)，氣輔共擠成型界面不穩(wěn)定主要是由法向應(yīng)力差引起的二次流動(dòng)所導(dǎo)致，并隨著分層界面法向應(yīng)力差的相對(duì)跳躍程度的增大其界面不穩(wěn)定趨勢(shì)加劇。