搜索ANSYS POLYFLOW 系列（1）單/雙螺桿輸送與混合模擬【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-03-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
單螺桿和雙螺桿擠出機(jī)幾何形狀復(fù)雜,其內(nèi)部流體區(qū)域連續(xù)發(fā)生著溫度、壓力、速率以及剪切拉伸等變化,對(duì)發(fā)生在流體與料筒或旋轉(zhuǎn)螺桿之間的熱和力學(xué)交互作用的充分理解對(duì)研發(fā)高質(zhì)量擠出機(jī)是非常重要的。
幾何建模
ANSYS POLYFLOW提供強(qiáng)大的幾何建模工具,DesignModeler和SpaceClaim,也可以使用CAD導(dǎo)入工具導(dǎo)入在SolidWorks, Pro/E, UG, Catia等3D建模軟件建立的模型。
網(wǎng)格劃分
POLYFLOW擁有先進(jìn)的網(wǎng)格技術(shù),如滑移網(wǎng)格、網(wǎng)格重疊等等。對(duì)于螺桿擠出機(jī)來說,使用網(wǎng)格重疊技術(shù)(Mesh Superposition Technique)能非常方便地建立一個(gè)虛擬擠出機(jī),然后在3D環(huán)境下模擬完全填充的螺桿和機(jī)筒間的流場(chǎng)。
粘彈性和復(fù)雜流變行為
塑料和橡膠的流動(dòng)特性跟材料本身以及其加工特性相關(guān),比如剪切速率和受熱歷程,由粘性耗散而引起的溫度升高是擠出機(jī)流動(dòng)分析中一個(gè)很重要的問題。POLYFLOW集成了豐富的可定制的流變、粘彈本構(gòu)方程模型和材料屬性,包括廣義牛頓流體、Power、Bird-Carreau和粘彈性模型,如 Giesekus-Leonov、PTT、pom-pom等,且這個(gè)數(shù)據(jù)庫每年都在不斷地進(jìn)行更新。這些模型能精確模擬出一些擠出成型工藝中的大口模脹大現(xiàn)象以及流涎膜成型和纖維拉伸應(yīng)用中遇到的拉伸行為。
求解器和數(shù)值算法
針對(duì)聚合物在擠出機(jī)中復(fù)雜的流變學(xué)行為和熱相關(guān)材料行為,Polyflow采用有線元算法和穩(wěn)健的求解器,在輸入初始條件和邊界條件后,可以精確模擬機(jī)筒內(nèi)聚合物熔體在螺桿中的三維流動(dòng)。常用的邊界類型包括:接觸面、法向速度和切向速度、滑動(dòng)邊界、對(duì)稱面、入口流動(dòng)、出口流動(dòng)、自由表面、施加體積力、施加笛卡爾速度等等。POLYFLOW可考慮螺桿表面滑動(dòng)邊界條件、回流等,更真實(shí)地模擬出熔體在擠出機(jī)螺槽內(nèi)的流動(dòng)。
后處理
分析成功后,運(yùn)行后處理模塊,獲得流速、壓力、溫度、剪切速率、粘性發(fā)熱等結(jié)果,可以用來預(yù)估優(yōu)化螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝條件等等。典型的流動(dòng)分析結(jié)果如下:
圖1 某單螺桿泵送段壓力
圖2 某單螺桿泵送段溫度
圖3 某單螺桿泵送段粘性發(fā)熱
圖4 網(wǎng)格重疊技術(shù)生成同向雙螺桿網(wǎng)格
圖5 同向雙螺桿速度場(chǎng)
圖6 同向雙螺桿壓力場(chǎng)(截面)
圖7 同向雙螺桿壓力場(chǎng)(機(jī)筒內(nèi)表面)
圖8 同向雙螺桿剪切速率(截面)
圖9 同向雙螺桿粘性發(fā)熱(軸截面)
圖10 同向雙螺桿螺桿表面溫度
圖11 同向雙螺桿螺桿變形
圖12 同向雙螺桿螺桿表面應(yīng)力
混合性能分析
POLYFLOW還包含一個(gè)有效地分散式和分布式混合模擬,加上粒子追蹤和統(tǒng)計(jì)分析,能定量比較不同的擠出機(jī)和混合設(shè)備混合性能和混合效果。
圖13 同向雙螺桿粒子追蹤分析混合性能
螺紋元件組合分析
POLYFUSE模塊允許將多個(gè)螺桿元件組合進(jìn)行整體流動(dòng)模擬分析。
圖14同向雙螺桿螺紋元件組合流動(dòng)分析
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