双基推进剂螺压挤出成型工艺流变特性的数值模拟研究

发布时间：2017-01-06 09:42

本文关键词：双基推进剂螺压挤出成型工艺流变特性的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

《南京理工大学》 2015年

双基推进剂螺压挤出成型工艺流变特性的数值模拟研究

钟婷婷

【摘要】：挤出成型是双基固体火箭推进剂生产的一种重要工艺,主要分为单螺杆生产工艺以及双螺杆生产工艺,其中单螺杆挤出工艺占很大比例。但在实际生产过程中,为了使固体推进剂能够顺利挤出,需要较高的螺压温度,且由于强烈的螺旋挤压作用,固体推进剂中的高能材料容易出现燃烧爆炸危险,因此导致的事故也很多。由于螺旋挤出机的复杂性以及推进剂流动的复杂性,利用实验去研究转速、温度等参数对挤出过程安全性的影响是非常困难的,且随意改变参数容易导致挤出危险性变高,从安全性的角度也是很难实现的。随着数值模拟技术的不断发展,利用模拟仿真技术解决上述问题逐渐引起了人们的关注。本文主要借助POLYFLOW软件,利用瞬态模型对GR-35双基推进剂的螺压挤出工艺进行研究,旨在找出一种适合含能材料挤出成型工艺安全的模拟手段及方法。首先,本文利用Gambit建立挤出螺杆模型及成型口模模型并进行网格划分,对挤出段利用网格重叠技术进行网格划分；然后根据GR-35双基推进剂的物料参数、挤出的工艺参数以及幂律方程,通过非线性拟合得到挤出过程及成型过程的边界条件。而后根据瞬态模型得到正常工艺条件下挤出过程中物料的参数变化情况。根据模拟结果发现,螺杆挤出过程中螺棱位置的温度、压力、剪切速率、速度均较高；靠近出口的位置温度、压力、剪切速率都变大,而速度变小。结果表明在推进剂挤出过程中,其物理参数是不断变化的,当螺杆较长时,温度变化会非常明显,会对生产安全带来极大隐患。本文研究了不同参数对螺压挤出过程物料参数的影响,包括螺杆转速、螺杆温度以及套筒温度。结果表明,在螺杆相同的位置,随着转速的不断增加,药料温度、压力、剪切速率以及速度均增加；随着螺杆温度或套筒温度的升高,物料温度和速度均升高,压力和剪切速率均减小；螺杆温度的变化对物料参数的影响比套筒温度更加明显。因此,外部温度的变化会明显影响物料的参数,在实际生产过程中,一定要保证外部温度在可控的范围内,否则容易导致物料温度、压力等参数变化,从而导致挤出质量变差,甚至会引起燃烧爆炸危险。针对挤出口模,也利用Gambit软件得到口模模型并进行网格划分,对模型的表面进行网格细化。研究了正常工艺条件下GR-35双基推进剂成型过程的物料参数变化,发现从模具的入口到出口温度、剪切速率、速度变化明显,进入成型段后变化不大,而压力在成型段才有明显的变化。改变成型段长度,对物料温度、剪切速率及挤出速度影响都不明显,而对压力有较明显的影响,且成型段越长,初始挤出压力越大。

【关键词】：
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V512
【目录】：

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