单螺杆螺压过程推进剂流变参数及物料混合特性的数值模拟研究

发布时间：2017-09-01 14:16

  本文关键词：单螺杆螺压过程推进剂流变参数及物料混合特性的数值模拟研究

  更多相关文章： 固体推进剂 单螺杆 数值模拟 工艺安全

【摘要】：固体推进剂是国防工业中不可或缺的重要材料。目前,固体推进剂的制造生产多以单螺杆挤压工艺为主,然而生产工序中单螺杆压延和压伸过程具有事故多发、流变参数复杂、物料实时工况测量困难的特点。考虑到数值模拟技术可以便捷、直观地再现工艺细节,因此,论文借鉴有限元分析技术在塑料螺杆挤压工艺中的应用,利用POLYFLOW仿真平台对固体推进剂单螺杆挤压工艺的不同工况,以及螺杆中推进剂物料的混合性能进行分析与研究。根据推进剂的单螺杆挤出成型过程,首先对其稳定工况进行了分析计算,研究了速度场、物料黏度、压力场以及温度场等各参数的几何分布以及变化规律,结果表明螺杆螺棱处物料黏度较小、剪切速率较大、黏性生热明显,热量更容易积聚形成“热点”,生产安全中应重要关注。其次通过对工艺瞬时工况的研究发现压力场和温度场随时间推移有升高的迹象,且提升幅度递减,所以生产开车的前期需要着重管控。然后运用单因素法研究了两个工况下转速对各参数的影响,发现转速对诸参数正相关,所以在提高转速增加产能的同时需格外关注生产过程的安全性。混合性能的研究方面,从停留时间分布、混合指数以及混合参数统计3个方面分析了螺杆的混合效果以及不同参数对其造成的影响。结果表明,和转速参数相比螺槽的深度对混合特性影响较大,且混合指数概率方程与时间无关,而最大混合指数概率随时间增大。本文的研究工作对固体推进剂螺压工艺的生产控制、安全性与经济性的协调以及工艺设计的改进等方面具有一定的参考价值。
【关键词】：固体推进剂 单螺杆 数值模拟 工艺安全
【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】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究概况11-15
• 1.2.1 固体推进剂及其发展11-12
• 1.2.2 推进剂生产工艺研究12-14
• 1.2.3 推进剂螺压工艺安全性研究14-15
• 1.3 本文的主要工作15-17
• 2 理论基础与研究方法17-29
• 2.1 理论基础17-22
• 2.1.1 单螺杆挤压成型原理17
• 2.1.2 单螺杆挤压工艺的混合作用机理17-19
• 2.1.3 物料在螺杆流道内的流动分析19-21
• 2.1.4 螺杆挤出机中混合表征理论21-22
• 2.2 研究方法22-28
• 2.2.1 挤压工艺的模拟求解22-23
• 2.2.2 流体力学分析软件23-24
• 2.2.3 POLYFLOW软件24-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 挤压工艺数学模型建立29-42
• 3.1 流体的流变特性29-30
• 3.2 流体的流变模型30-37
• 3.2.1 牛顿流体30-31
• 3.2.2 广义牛顿流体31-32
• 3.2.3 幂律流体32-35
• 3.2.4 黏弹性流体35-37
• 3.3 数学模型的简历37-41
• 3.3.1 基本假设37
• 3.3.2 连续性方程37-38
• 3.3.3 运动方程38-39
• 3.3.4 能量方程39-41
• 3.3.5 本构方程41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 稳定工况下的流变参数分析42-55
• 4.1 模拟方案的设立42
• 4.2 物料物理参数及工况条件42-43
• 4.3 几何模型与网格划分43-44
• 4.3.1 几何模型的建立43-44
• 4.3.2 网格划分44
• 4.4 常规工况下的流变参数分析44-51
• 4.4.1 运动学相关参数与黏度分析45-50
• 4.4.2 温度参数分析50-51
• 4.4.3 压力参数分析51
• 4.5 不同转速对物料流变参数的影响51-54
• 4.5.1 运动学相关参数与黏度分析52-53
• 4.5.2 温度与压力参数分析53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 5 开车工况下的流变参数分析55-67
• 5.1 几何模型与网格划分55-56
• 5.1.1 几何模型的建立55
• 5.1.2 网格划分55-56
• 5.2 常规工况下的流变参数分析56-65
• 5.2.1 运动学相关参数与黏度分析57-61
• 5.2.2 压力参数分析61-63
• 5.2.3 温度参数分析63-65
• 5.3 不同转速对物料流变参数的影响65
• 5.4 本章小结65-67
• 6 物料混合特性的研究67-76
• 6.1 停留时间分布的研究67-70
• 6.1.1 停留时间分布67-68
• 6.1.2 停留时间分布模拟计算68
• 6.1.3 模拟结果与讨论68-70
• 6.2 混合指数的研究70-72
• 6.2.1 混合指数70-71
• 6.2.2 混合指数的模拟计算与结果讨论71-72
• 6.3 混合参数的统计学研究72-74
• 6.3.1 混合指数统计学的模拟计算73
• 6.3.2 结果与讨论73-74
• 6.4 本章小结74-76
• 7 结束语76-78
• 7.1 结论76-77
• 7.2 创新点77
• 7.3 展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 附录83

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 薛佳子;曹志清;;单螺杆挤出技术发展评估及发展方向[J];塑料;2010年03期

2 方俊玉;;单螺杆快速压紧机构[J];机械工人.冷加工;1989年11期

3 王建华,吴大鸣,许红,孙静;单螺杆挤出各区段数学模型的衔接方法研究[J];塑料;2002年06期

4 宋宗灼;;单螺杆预洗机——杂胶生产线的新成员[J];热带农业工程;2005年02期

5 蔡永洪;瞿金平;;单螺杆振动诱导熔体输运模型与实验研究[J];华南理工大学学报(自然科学版);2006年10期

6 何红,朱复华;单螺杆挤出过程粒子熔融理论[J];中国塑料;2003年02期

7 邢应生,朱复华;螺杆冷却时的单螺杆挤出熔融理论研究[J];中国塑料;2004年05期

8 邢应生,朱复华;螺杆冷却时单螺杆挤出熔融的可视化研究(英文)[J];合成橡胶工业;2004年04期

9 H.P.施塔贝尔;用于管材生产的单螺杆挤出生产线[J];中国塑料;1988年02期

10 何红,朱复华;单螺杆挤出过程的亚宏观可视化技术与理论[J];工程塑料应用;2000年12期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 范彦斌;沈白林;沈庆云;;基于测量的单螺杆空气压缩机螺杆零件的设计方法[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

2 何红;朱复华;;单螺杆挤出亚宏观可视化技术与理论[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前9条

1 通讯员 张建东邋记者 常素莉;临城单螺杆技术项目通过论证[N];河北经济日报;2008年

2 李斌;我国研发出具有自主知识产权的单螺杆制冷压缩机[N];中国建设报;2008年

3 李斌;我国科学家研制成功单螺杆制冷压缩机[N];大众科技报;2008年

4 ;首台单螺杆水润滑空压机研发成功[N];中国技术市场报;2010年

5 通讯员 胡天恩　贾玉明;我国首台单螺杆水润滑空压机在高新区研发成功[N];张家口日报;2010年

6 胡天恩;首家单螺杆水润滑空压机试制成功[N];中国建设报;2010年

7 贾巍;国内首套船用中压单螺杆空气压缩机通过鉴定[N];中国船舶报;2012年

8 汪达海 万生;五年跨跃三大步 企业连续获殊荣[N];中国包装报;2009年

9 汪达海;走创新之路 造精品设备[N];中国包装报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 何红;单螺杆挤出的亚宏观熔融理论及可视化研究[D];北京化工大学;2000年

2 袁明君;单螺杆挤出的过程研究[D];北京化工大学;1997年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 周克;单螺杆螺压过程推进剂流变参数及物料混合特性的数值模拟研究[D];南京理工大学;2015年

2 李彬;单螺杆混沌挤出过程混合机理与实验研究[D];五邑大学;2014年

3 董磊;单螺杆—熔体泵串联挤出系统的研究[D];北京化工大学;2004年

4 洪宗跃;熔体泵—单螺杆排气挤出系统研究[D];北京化工大学;2003年

5 王建华;单螺杆挤出过程的数值模拟[D];北京化工大学;2003年

6 刘拓;单螺杆冷水机组故障诊断技术的研究[D];重庆大学;2004年

7 王根永;单螺杆高速挤出过程中计量段热能数值分析[D];北京化工大学;2004年

8 张勇;基于单螺杆膨胀机的中温地热发电膨胀特性研究[D];北京工业大学;2012年

，

本文编号：772565