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聚氨酯发泡机混合器中物料的流场分析
时间:2020-07-20 作者:九旭机械
  摘要:利用ANSYS,以展开的流道为对象,分析了物料在混合器中的流场,并根据速度场求出了剪切应力.结果表明:物料在纵向槽内存在低速区,设训一花鼓时纵向槽不宜太深,花鼓棱与纵向槽的交界处应圆弧过渡;横截而方向存在环流,有利于物料充分混合.
  关键词:混合器;流场;聚氨酯发泡机
  0引言
  随着聚氨酯工业的发展,聚氨酯发泡机应用广泛.该机主要由储料装置、计量装置、混合器和控制系统组成.其中,混合器是核心部件,是发泡机的心膨l],其性能直接影响到物料的混合效果和发泡质量.由于混合器内物料流动的状态复杂,目前搅拌式混合器的设计仅凭经验,因此研究其结构和参数对提高发泡机性能及其制品的质量很有意义.以搅拌花鼓为研究对象,有限元分析软件ANSYS为平台,对混合器内流体的流场进行分析,确定物料在流道中的速度、压力分布及剪切应力,与实验结果基本吻合,为混合器设计提供依据.
  1混合器结构及工作原理
  搅拌式混合器结构如图1所示.它主要由搅拌腔套、搅拌花鼓和花鼓驱动装置组成.搅拌花鼓与搅拌腔套形成环形混合室.工作时,A,B组份分别由两计量泵通过组份进料口3,6被泵入混合室,花鼓5在驱动电机1的作用下高速旋转,搅拌腔套静止,随着花鼓转动,物料在混合器中被剪切、拉伸,实现混合[23].
  2有限元分析
  2.1几何模型
  图2为搅拌花鼓的几何模型.花鼓为带有纵向槽的矩形螺杆,其直径为30mm、根径25mm,槽宽3mm,螺旋槽深1.0一3.0mm.图3是流道的三维几何模型,它是利用ANSYS软件前处理功能从搅拌腔套中减去搅拌花鼓得到的[用.由于流体经过流道的时间相对开始凝胶的时鉴摩间很短,所以转化率可看作零(反应热可忽略);于反应液体的粘度不高(25场寸为4一6Pa0s),擦产生热量所引起的温度变化可忽略.由粘度模型公式,可将粘度假定为常数.
 

 
 聚氨酯发泡机混合器中物料的流场分析

 
  为了简化计算,做如下假设:
  (1)将搅拌花鼓和搅拌腔套分别展开成两个平面,忽略机筒和花鼓间的曲面效应.
  (2)流道壁面无滑移.
  (3)物料的动力粘度为4Pa0s,密度1.2X103kg/m3.
  图4为流道简化后的几何形状,搅拌腔套以速度v=-}Dn相对花鼓展开平面平移,v分解为两方向的分量:vZ=wine,vx=v}}}>se,e为螺旋角.
  2.3数学方程
  在假设的基础上,流体的基本方程为:动量方程甲:一OP;连续方程甲:一。;本构方程r--!}"y.
  其中,甲为HamiltoW哈米尔顿)算子,甲:为剪切应力张量,v为速度矢量,P为静压力.
  2.4边界条件
  拖拽面沿花鼓方向为v,x,横截面方向的速度为vZ,深度方向速度为零;模型与螺棱和纵向槽接触的面为固壁,速度均为零;入口处与出口处压差为0.5MPa.

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