部分充满密炼机胶料流动数值模拟以及输送带硫化仿真

摘要

目前关于密炼机内胶料流动数值模拟的研究基本上都基于密炼室全部充满这一假设，但事实上密炼机在工作时是部分充满的。密炼室部分充满状态导致密炼机内胶料流动数值模拟中出现胶料流动自由面，针对数值模拟中胶料流动自由面追踪问题，本文在利用流体力学分析软件FLUENT的VOF模型基础上，添加动网格技术模拟出二维、瞬态、部分充满条件下的密炼机混炼流场。为提高模拟结果的精度，转子每转动18°就根据计算结果对改变后的流场区域重新进行网格划分，该方法可以较真实的模拟出胶料自由面的动态变化，并得到胶料-空气两相的空间分布。
　　本文还使用有限元软件POLYFLOW对传统2∶1转子密炼机和新型4∶1转子密炼机内胶料流动进行了数值模拟，通过对速度矢量沿时间进行积分获得流场内大量材料质点的运动轨迹，然后利用统计学分析模块POLYSTAT对质点的运动轨迹进行统计分析，并对两种转子密炼机的混合性能进行定量评价。与传统2∶1转子相比，新型转子将长棱与短棱轴向长度之比增加到4∶1，将短棱的螺旋角由45°减小到30°，这一设计改善了传统转子密炼机中物料向转子中部堆积的现象，使胶料轴向运动距离加长，并在轴向方向上实现充分交换。
　　本文以EP帆布芯输送带为研究对象，通过对ABAQUS软件进行二次开发，设计了硫化程度计算子程序UVARM和硫化反应热加载子程序HETVAL，实现了输送带硫化过程的数值模拟，得到了输送带的温度场和硫化程度场，结果表明硫化反应热对输送带温度场和硫化程度场有很大影响。通过模拟探索了热板温度、机内硫化时间对输送带各部件材料硫化程度的影响规律，并以此为基础对现有的热板温度和机内硫化时间进行了优化。热板温度不变的情况下，可以将机内硫化时间由原来的40min缩短至32min。通过将热板温度降低至147℃，将机内硫化时间调整为38min，可以在各处胶料都达到正硫化状态的条件下提高粘合层和贴胶的硫化程度均匀性，与原始硫化工艺相比，降低了能源损耗、提高了硫化效率。

目录

声明

摘要

符号说明

第一部分 部分充满密炼机胶料流动数值模拟

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 密炼机流场数值模拟研究现状

1．3 自由表面追踪方法

1．4 研究内容与研究意义

第二章 部分充满密炼机混炼流场模型的建立

2．1 动网格技术

2．2 VOF模型

2．3 计算模型

2．4 本章小结

第三章 部分充满混炼流场数值模拟

3．1 两相分布

3．2 速度分布

3．3 压力分布

3．4 混合指数分布

3．5 剪切应力分布

3．6 本章小结

第四章 新型4:1转子与传统剪切型转子混合效率对比研究

4．1 模型描述

4．2 结果与讨论

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

第二部分 输送带硫化仿真

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 研究进展

1．3 研究内容

第二章 输送带硫化程度场理论基础

2．1 橡胶的硫化反应过程

2．2 输送带硫化

2．3 硫化程度的表征

2．4 硫化程度计算程序

2．5 本章小结

第三章 输送带硫化数值模拟

3．1 几何模型

3．2 材料参数

3．3 硫化传热方程与边界条件

3．4 内热源加载

3．5 模拟结果与讨论

3．6 本章小结

第四章 硫化工艺优化

4．1 硫化时间

4．2 硫化温度

4．3 本章小结

第五章 输送带间断硫化过程分析

5．1 重复硫化段硫化程度场分布

5．2 重复硫化段长度优化

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 创新点与结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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