ANSYS POLYFLOW 系列（1）单/双螺杆输送与混合模拟【转发】

2017-03-25  by:CAE仿真在线  来源:互联网

单螺杆和双螺杆挤出机几何形状复杂,其内部流体区域连续发生着温度、压力、速率以及剪切拉伸等变化,对发生在流体与料筒或旋转螺杆之间的热和力学交互作用的充分理解对研发高质量挤出机是非常重要的。

几何建模

ANSYS POLYFLOW提供强大的几何建模工具,DesignModeler和SpaceClaim,也可以使用CAD导入工具导入在SolidWorks, Pro/E, UG, Catia等3D建模软件建立的模型。

网格划分

POLYFLOW拥有先进的网格技术,如滑移网格、网格重叠等等。对于螺杆挤出机来说,使用网格重叠技术(Mesh Superposition Technique)能非常方便地建立一个虚拟挤出机,然后在3D环境下模拟完全填充的螺杆和机筒间的流场。

粘弹性和复杂流变行为

塑料和橡胶的流动特性跟材料本身以及其加工特性相关,比如剪切速率和受热历程,由粘性耗散而引起的温度升高是挤出机流动分析中一个很重要的问题。POLYFLOW集成了丰富的可定制的流变、粘弹本构方程模型和材料属性,包括广义牛顿流体、Power、Bird-Carreau和粘弹性模型,如 Giesekus-Leonov、PTT、pom-pom等,且这个数据库每年都在不断地进行更新。这些模型能精确模拟出一些挤出成型工艺中的大口模胀大现象以及流涎膜成型和纤维拉伸应用中遇到的拉伸行为。

求解器和数值算法

针对聚合物在挤出机中复杂的流变学行为和热相关材料行为,Polyflow采用有线元算法和稳健的求解器,在输入初始条件和边界条件后,可以精确模拟机筒内聚合物熔体在螺杆中的三维流动。常用的边界类型包括:接触面、法向速度和切向速度、滑动边界、对称面、入口流动、出口流动、自由表面、施加体积力、施加笛卡尔速度等等。POLYFLOW可考虑螺杆表面滑动边界条件、回流等,更真实地模拟出熔体在挤出机螺槽内的流动。

后处理

分析成功后,运行后处理模块,获得流速、压力、温度、剪切速率、粘性发热等结果,可以用来预估优化螺杆结构参数和工艺条件等等。典型的流动分析结果如下:

图1 某单螺杆泵送段压力

图2 某单螺杆泵送段温度

图3 某单螺杆泵送段粘性发热

图4 网格重叠技术生成同向双螺杆网格

图5 同向双螺杆速度场

图6 同向双螺杆压力场(截面)

图7 同向双螺杆压力场(机筒内表面)

图8 同向双螺杆剪切速率(截面)

图9 同向双螺杆粘性发热(轴截面)

图10 同向双螺杆螺杆表面温度

图11 同向双螺杆螺杆变形

图12 同向双螺杆螺杆表面应力

混合性能分析

POLYFLOW还包含一个有效地分散式和分布式混合模拟,加上粒子追踪和统计分析,能定量比较不同的挤出机和混合设备混合性能和混合效果。

图13 同向双螺杆粒子追踪分析混合性能

螺纹元件组合分析

POLYFUSE模块允许将多个螺杆元件组合进行整体流动模拟分析。

图14同向双螺杆螺纹元件组合流动分析

ANSYS 面对全球范围内学生免费开放旗下软件下载,网址为:http://www.ansys.com/Industries/Academic/Student+Product/Product+Download

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