压延胶片在冷却鼓上冷却过程的数值模拟及参数敏感度分析

发布时间：2021-05-06 23:05

　　冷却鼓装置是胶片生产线上的一个重要组成部分,作用是对压延成型的胶片充分降温并均匀冷却,以避免胶片成型过程中因长时间高温造成的性能下降,例如胶片在长时间高温下分子链容易断裂。因此,压延成型的胶片在冷却鼓上的冷却对胶片质量起着至关重要的作用。本课题结合流体力学和传热学理论,采用FLUENT软件对胶片在冷却鼓上的稳态换热过程进行数值模拟,并分析在胶片冷却过程中各参数对胶片冷却效率的影响。主要内容如下:（1）基于流体力学、传热学和数值模拟理论,对胶片在冷却过程中涉及到流动和传热的协同问题进行了研究,分析了影响传热的参数并建立了相关数学模型。（2）针对固体动边界传热模拟技术的限制,提出了热-流-固耦合换热下胶片冷却的模拟方法,将固体胶片模拟为流体胶片,建立了胶片-冷却鼓三维耦合换热模型。（3）对6种不同工况下胶片在10个冷却鼓上的冷却过程进行了模拟,得到了胶片和冷却鼓的温度分布。与实测数据对比发现,模拟结果和实测结果吻合,验证了所提出的传热有限元数值分析模拟方法的合理性。（4）建立了单冷却鼓有限元分析模型,系统分析了胶片冷却过程的工艺参数和冷却鼓结构参数对胶片冷却效率的影响,其中工艺参数包括胶片... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 胶片冷却装置
        1.2.1 风冷式胶片冷却装置
        1.2.2 水冷式胶片冷却装置
    1.3 冷却鼓的研究进展
        1.3.1 冷却鼓的制造技术
        1.3.2 冷却鼓的应用现状
        1.3.3 冷却鼓的数值模拟
    1.4 本课题的主要研究内容
第二章 压延胶片与冷却鼓传热分析基本理论与假设
    2.1 研究方法简介
    2.2 计算流体力学理论在冷却鼓中的应用
        2.2.1 流体力学理论
        2.2.2 流体力学基本控制方程
        2.2.3 湍流模型基本理论
    2.3 胶片与冷却鼓在传热过程中的数学模型
        2.3.1 传热学基本方程
        2.3.2 胶片与冷却鼓传热过程分析
    2.4 本章小结
第三章 压延胶片与冷却鼓传热过程的数值模拟
    3.1 数值模拟模型的建立
        3.1.1 胶片冷却装置结构
        3.1.2 胶片和冷却鼓的有限元几何模型
        3.1.3 胶片冷却过程中的技术参数
    3.2 计算域的网格设置
        3.2.1 网格类型和膨胀层层数的无关性验证
        3.2.2 网格尺寸无关性验证
        3.2.3 网格划分
    3.3 胶片换热过程仿真分析
        3.3.1 湍流模型的选择
        3.3.2 材料属性设置
        3.3.3 旋转区域设置
        3.3.4 边界条件的设置
        3.3.5 求解控制
    3.4 结果分析
        3.4.1 温度场分析
        3.4.2 模拟结果分析
    3.5 本章小结
第四章 影响压延胶片冷却效率的参数敏感度分析
    4.1 有限元分析模型
        4.1.1 几何模型
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 边界条件设置
    4.2 各参数的影响分析
        4.2.1 胶片宽度
        4.2.2 胶片厚度
        4.2.3 生产线速度
        4.2.4 胶片包角
        4.2.5 冷却水流量
        4.2.6 冷却水入鼓温度
        4.2.7 胶片入鼓温度
        4.2.8 环境温度
        4.2.9 螺旋流道高度
        4.2.10 冷却鼓材料
        4.2.11 冷却鼓壁厚
    4.3 参数敏感度分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件



本文编号：3172775