聚酯熔体管道输送过程中静态混合器混合性能与传热性能的数值模拟

摘要

在聚酯加工过程中，熔体的输送过程是决定熔体品质很重要的一环。为提高熔体品质，解决熔体在输送过程中所产生的问题是至关重要的。对此，多数企业选择在熔体运输管路中添加一段静态混合器来提高熔体在管道内的温度均匀性与混合均匀性。但在对静态混合器的混合能力进行评估时并不能通过直接测量的方法得出结果，而采用有限元数值模拟的方法可以解决计算相关的问题。本文采用了有限元数值模拟的方法，对不同类型静态混合器的混合性能与传热性能做出评估，并在此基础上对静态混合器的结构进行优化，以期达到更加优异的混合效果与传热效果。 首先是对两种选型的静态混合器进行结构优化与重组，并对其混合能力进行评估。模拟结果证实，元件结构的更改会对混合能力产生影响，不同类型的静态混合器产生影响的方面不同。将两种混合器元件进行组合后，新型静态混合器则结合了两种静态混合器的优点，弥补了原有静态混合器的不足，混合性能表现得更加优异，证实组合型静态混合器的提出对提高静态混合器的混合性能是有意义的。 其次，考虑到将静态混合器作为换热器使用，需要对不同类型静态混合器的传热能力进行评估。不同元件结构的模拟结果证实，元件优化后的静态混合器传热能力更强，温度分散均匀性更高。将两种元件进行组合后的静态混合器，提高了出口位置熔体的温度均匀性，并对两种静态混合器的缺点进行了弥补，证实组合型静态混合器具备更加优异的传热性能。 最后，对前面提出的组合型静态混合器进行工艺条件的改变，探究管径对其混合性能与传热性能的影响。通过对不同管径的静态混合器混合性能与传热性能的变化分析，证实过度增加管径会对混合能力产生削弱。适当提高管径可以在在提高熔体温度分布均匀性的同时降低对混合能力的削弱，这对于管道设计与静态混合器的管径选择具有指导意义，对提高熔体品质具有重要作用。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2熔体输送简介

1．2．1熔体输送流程及熔体热性能评定

1．2．2熔体输送中的工艺参数要求

1．3静态混合器简介

1．3．1静态混合器混合原理及基本类型

1．3．2静态混合器的主要作用

1．3．3静态混合器评估性能的主要参数

1．4静态混合器的现状

1．5静态混合器的选型研究

1．5．1 PET的加工要求及静态混合器的选型

1．5．2 PET熔体模拟参数的确定方法

1．6模拟方法

1．6．1有限元(CFD)数值模拟的简介

1．6．2有限元数值模拟的步骤

1．7课题提出

2．1引言

2．2模拟计算

2．2．1模拟条件确定

2．2．2模型选择

2．2．3模型示意图

2．2．4边界条件

2．2．5网格无关性验证

2．3结果与讨论

2．3．1两种静态混合器横向

2．3．2两种混合器的纵向比较

2．4组合型静态混合器与两种单独静态混合器的比较

2．4．1轴向混合与分散混合对比

2．4．2分布混合对比

2．4．3组合型静态混合器的结构优化对混合性能的影响

2．5工艺条件对静态混合器的性能影响

2．6本章小结

3．1引言

3．2数值分析

3．2．1物理模型

3．2．2传热控制方程

3．2．3计算方法

3．3结果与讨论

3．3．1单独静态混合器与圆管管内平均温度分布

3．3．2组合型静态混合器与单独静态混合器的平均温度分布对比

3．3．3 Kenics型静态混合器元件角度对传热能力的影响

3．3．4 LPD型静态混合器的叉角对传热能力的影响

3．3．5优化结构后的组合型静态混合器的平均温度比较

3．4温度均匀性的比较

3．5本章小结

第四章工艺条件不同对组合型静态混合器的性能影响

4．1引言

4．2数值计算

4．3结果比较

4．3．1出口粒子分布图

4．3．2管内温度变化

4．3．3分布混合能力比较

4．3．4轴向混合性能及分布混合性能的比较

4．4本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

攻读硕士期间获得的研究成果

致谢