纸浆模塑制品真空加热干燥过程模拟及模具研究

摘要

该课题选取该设备生产时的加热干燥过程进行仿真模拟研究,从而指导热压模具的设计,达到提高生产效率,降低能耗的目的.基于对热压模具加热过程的理论分析,该文建立了描述三维热压模具内部温度场的数学模型,采用有限元方法对其离散,用ANSYS软件中的热分析功能求解,计算结果详细反映出热压模具瞬态导热过程中每一时间步长的温度分布.该计算结果与实测值基本一致,能够反映出模具加热时的温度场分布的真实情况.这保证了利用ANSYS软件进行热压模具温度分析进而改进模型的可信性和可靠性.该文还对纸浆模塑餐具制品干燥过程进行了理论分析,建立了相应的能真实描述其干燥过程传热传质特性的数学模型.采用了移动网格来追踪蒸发界面上的各参数值,并利用ANSYS软件中的FLOTRAN模块进行模拟计算.计算结果符合薄物料热传导干燥的变化趋势,物理意义明确,且与实测值基本相符.该模拟分析可以清晰地反映出不同的生产条件如温度、真空度对干燥过程进行的不同影响.

目录

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第一章绪论

1.1纸浆模塑制品生产设备发展现状

1.2本课题研究所用设备

1.3本文的主要工作

第二章导电分析

2.1引言

2.2物理模型的描述及微分方程的建立

2.3 ANSYS电分析

第三章模具导热过程的研究

3.1引言

3.2描述热压下模空载时空间温度场的数学模型

3.3热压下模温度场数值模拟计算

3.3.1数值求解方法

3.3.2导热方程的有限元方法

3.3.3导热方程组的有限元计算

3.4导热方程有限元的模拟计算

3.4.1 ANSYS热分析及其理论基础

3.4.2用ANSYS进行温度场的数值模拟

3.4.3计算结果分析

3.5工作情况下热压下模的温度场分布

3.5.1工作情况下热量的消耗

3.5.2工作情况下的导热微分方程

3.5.3工作情况下的导热微分方程的求解

第四章纸浆模塑饭盒的传热传质

4.1干燥的方式与研究方法

4.2湿纸中水分的结合形式与物料干燥过程的联系

4.3加热干燥机理

4.4含湿多孔介质内部热质传递规律的国内外研究概况

4.5纸纤维常用的干燥方法及本设备所采用的干燥方法

4.6纸浆模塑饭盒的传热传质数学模型的建立

4.6.1物料内传热过程分析

4.6.2物料内水分传质分析

4.6.3蒸发界面的轨迹分析

4.7数值计算

4.7.1ANSYS程序APDL语言简介

4.7.2单元的选择及边界条件的处理

4.7.3模型的建立和有限元网格的划分

4.7.4总体迭代次数的选择

4.7.5确定收敛条件

4.7.6稳定性控制

4.7.7代数方程的求解方法

4.8计算结果及讨论

4.8.1真空度为0.04MPa，加热温度为150℃时的模拟计算

4.8.2加热温度对干燥速度的影响

4.8.3真空压力对干燥过程的影响

第五章热压模具优化设计模拟

5.1优化设计模拟的目的和意义

5.2不同模具结构温度场、抽气能力情况

5.2.1新老结构模具温度场的对比

5.2.2新老结构模具抽气能力的对比

5.2.3模型的改进模拟设计

第六章结论

参考文献

致谢