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聚氨酯發泡機混合器中物料的流場分析

作者:九旭機械  更新時間:2018-05-18
  摘要:利用AN SYS,以展開的流道為對象,分析了物料在混合器中的流場,并根據速度場求出了剪切應力.結果表明:物料在縱向槽內存在低速區,設訓一花鼓時縱向槽不宜太深,花鼓棱與縱向槽的交界處應圓弧過渡;橫截而方向存在環流,有利于物料充分混合.
 
  隨著聚氨酯工業的發展,聚氨酯發泡機應用廣泛.該機主要由儲料裝置、計量裝置、混合器和控制系統組成.其中,混合器是核心部件,是發泡機的心膨l],其性能直接影響到物料的混合效果和發泡質量.由于混合器內物料流動的狀態復雜,目前攪拌式混合器的設計僅憑經驗,因此研究其結構和參數對提高發泡機性能及其制品的質量很有意義.以攪拌花鼓為研究對象,有限元分析軟件ANSYS為平臺,對混合器內流體的流場進行分析,確定物料在流道中的速度、壓力分布及剪切應力,與實驗結果基本吻合,為混合器設計提供依據.
 
聚氨酯發泡機混合器中物料的流場分析

聚氨酯發泡機混合器中物料的流場分析
  1混合器結構及工作原理
 
  攪拌式混合器結構如圖1所示.它主要由攪拌腔套、攪拌花鼓和花鼓驅動裝置組成.攪拌花鼓與攪拌腔套形成環形混合室.工作時,A,B組分分別由兩計量泵通過組分進料口3,6被泵入混合室,花鼓5在驅動電機1的作用下高速旋轉,攪拌腔套靜止,隨著花鼓轉動,物料在混合器中被剪切、拉伸,實現混合[2 3].
 
  2. 1幾何模型
 
  圖2為攪拌花鼓的幾何模型.花鼓為帶有縱向槽的矩形螺桿,其直徑為30 mm、根徑25 mm,槽寬3 mm,螺旋槽深1.0一3.0 mm.圖3是流道的三維幾何模型,它是利用ANS YS軟件前處理功能從攪拌腔套中減去攪拌花鼓得到的[用.
 
  由于流體經過流道的時間相對開始凝膠的時間很短,所以轉化率可看作零(反應熱可忽略);鑒于反應液體的粘度不高(25場寸為4一6 Pa0s),摩擦產生熱量所引起的溫度變化可忽略.由粘度模型公式,可將粘度假定為常數.為了簡化計算,做如下假設:
 
  (1)將攪拌花鼓和攪拌腔套分別展開成兩個平面,忽略機筒和花鼓間的曲面效應.
 
  (2)流道壁面無滑移.
 
  (3)物料的動力粘度為4 Pa0s,密度1. 2X 103kg/m3.
 
  3結果分析
 
  3. 1螺旋槽方向速度圖
 
  由圖5可以看出,在拖拽速度的作用下,螺旋槽方向的截面存在低速區,這個區域的大小與拖拽速度和螺旋槽的深度有關:拖拽速度越大,螺旋槽深度越小,該區域越小;速度等值線在花鼓棱與縱向槽的交界處呈圓弧狀.所以,縱向槽不宜太深,在花鼓棱與縱向槽的交界處應圓弧過渡.
 
  3. 2橫截面速度分布圖
 
  由圖6可知,在螺旋槽橫截面中心及底部兩側存在低速區,但它對生產能力并沒有影響.由圖7可知,橫截面方向的速度存在明顯的回流現象,這使物料在流道中翻轉,有利于物料的充分混合.
 
  圖6截面方B,C,D分別是螺旋槽深度為3 mm , 1 mm和2 mm時的壓力分布.可以看到,螺旋槽深度為3mm時,壓力和波動均較小,物料流動平穩;螺旋槽深1 mm和2 mm時,壓力和波動急劇增加,增加了計量泵的壓力和軸動密封的難度.
 
  3. 4轉速對剪切應力的影響
 
  如圖9所示,剪切應力與花鼓轉速成正比,轉速越大,物料所受剪切應力越大,混合越充分.
 
  3. 5螺旋槽深度方向剪切應力分布
 
  如圖10所示,螺旋槽距攪拌腔套在0. 5 m m以內時剪切應力基本保持不變,0. 5 -' 0. 7 mm時剪切應力隨螺旋槽距腔套距離的增大急劇下降,大于0. 7 mm時剪切應力隨螺旋槽距腔套距離的增大繼續下降,但下降幅度較前者小,這說明越靠近腔套的物料混合越充分.
 
  4結語
 
  a.物料在縱向槽內存在低速區,設計花鼓時,縱向槽不宜太深,花鼓棱與縱向槽的交界處應圓弧過渡.
 
  b.橫截面方向存在回流現象,有利于物料的充分混合.
 
  c.壓力和壓力波動幅度隨螺旋槽深度的減小而增加.
 
  d.剪切應力與花鼓轉速成正比,與螺旋槽到腔套距離的關系是:距離越大,剪切應力越小.

本文鏈接聚氨酯發泡機混合器中物料的流場分析 http://www.chennaiciticenter.com/p/250.html

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