基于Fluent热固耦合计算的销钉机筒温控系统优化

发布时间：2017-06-07 11:07

  本文关键词：基于Fluent热固耦合计算的销钉机筒温控系统优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：橡胶销钉机筒冷喂料挤出机在当前橡胶挤出领域是应用最为普遍的生产设备。其温控系统是保证挤出产品质量和产量的基础。本文通过模拟与实验的方法对销钉机筒温控系统进行分析,对其存在缺陷提出改进方案,并进行相关验证,实现对温控系统的优化。本文还通过编写有限元温控程序包,深入了解温控过程。具体研究内容如下：1、通过对Fluent软件进行二次开发,将PID控制算法与温度场模拟相结合,实现了温控过程的动态仿真。利用该方案模拟了混合器的温控过程,并搭建PLC控制平台进行相应实验。最后将模拟结果与实验结果进行相关对比,发现模拟与实验的温控曲线具有极高的重合度,从而证明了该结合方案的正确性。2、利用PLC温控平台对销钉机筒进行温控实验,分析系统特性以及PID参数对温控过程的影响。又将模糊PID控制算法应用到销钉温控系统当中,在算法上对系统进行优化,取得了高效、稳定的温控效果。现有温控系统利用回水温度代表机筒温度,该方案所测得的温度存在较大偏差,对此提出并研究了利用传感器测量机筒内壁温度进行反馈的改进方案。3、以橡胶销钉机筒为对象,利用数值模拟的方法对其正常工作时的温控过程进行动态仿真,分析了PID参数对控制效果及通冷却水时间的影响。对比了相同PID参数下,两种具有不同温控流道结构的机筒的温控效果。4、利用有限元方法编写温控程序包,以长方体模型为对象,模拟了有无PID控制的升温过程。同时利用Fluent对该模型进行了相同的仿真模拟。对比两个程序的模拟结果发现,所得升温曲线基本重合,验证了有限元温控程序的正确性,加深了对温控过程的理解。
【关键词】：销钉机筒 温控系统 Fluent PID控制
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ330.4;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-20
• 第一章 绪论20-28
• 1.1 课题来源及意义20
• 1.2 橡胶销钉机筒挤出机的发展及工作特性20-22
• 1.2.1 橡胶销钉机筒挤出机的发展20-21
• 1.2.2 橡胶销钉机筒的工作特性21-22
• 1.3 橡胶挤出机机筒温控系统的研究现状22-25
• 1.3.1 关于温控结构的研究22-24
• 1.3.2 关于温控系统算法的研究现状24
• 1.3.3 基于Fluent软件的数值模拟研究24-25
• 1.4 PID算法与模糊PID算法介绍25-27
• 1.4.1 PID算法25-26
• 1.4.2 模糊PID算法26-27
• 1.5 本课题的研究内容27-28
• 第二章 温控平台与数值模拟方案的探索及验证28-44
• 2.1 混合器壳体的温控实验28-29
• 2.1.1 实验对象28
• 2.1.2 温控平台28-29
• 2.1.3 实验过程29
• 2.2 模拟方案29-34
• 2.2.1 模型的简化与网格划分30
• 2.2.2 边界条件30
• 2.2.3 PID算法与模拟的结合30-34
• 2.3 结果分析34-40
• 2.3.1 模拟方案的可行性分析34-36
• 2.3.2 有无PID控制下的升温对比36-37
• 2.3.3 PID参数对控制效果的影响37-40
• 2.4 误差分析40-42
• 2.4.1 简化模型的影响40
• 2.4.2 初始化温度的影响40
• 2.4.3 表面空气温度的影响40
• 2.4.4 材料物性参数的影响40-41
• 2.4.5 脉冲输出分辨率的影响41-42
• 2.4.6 温度监测系统精度的影响42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 橡胶销钉机筒升温过程实验研究及改进方案44-60
• 3.1 实验44-47
• 3.1.1 实验设备44-45
• 3.1.2 温度控制及采集系统45-47
• 3.1.3 实验设定47
• 3.2 温控算法47-48
• 3.3 结果与分析48-54
• 3.3.1 升温过程48-49
• 3.3.2 不同PID参数下的温控结果49-53
• 3.3.3 模糊PID控制结果53-54
• 3.4 现有温控系统的评价及改进54-58
• 3.4.1 模型及网格划分55
• 3.4.2 数值模拟设定55-56
• 3.4.3 结果及分析56-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 橡胶销钉机筒温控系统的数值模拟研究60-74
• 4.1 机筒正常工作时的温控过程数值模拟60-64
• 4.1.1 数学模型60
• 4.1.2 几何模型及网格划分60-61
• 4.1.3 初始条件及边界条件61
• 4.1.4 PID算法及其与温度场模拟的结合61-64
• 4.2 结果与分析64-73
• 4.2.1 稳定状态下温度动态分布64-65
• 4.2.2 PID参数对温控过程影响65-68
• 4.2.3 PID参数对冷却水供给累积时间的影响68-70
• 4.2.4 机筒温控流道结构对温控过程的影响70-73
• 4.3 本章小结73-74
• 第五章 基于有限元法的温控过程数值模拟程序包的开发74-86
• 5.1 物理过程及其数学模型74-76
• 5.1.1 物理过程74-75
• 5.1.2 数学模型75
• 5.1.3 边界条件75-76
• 5.1.4 初始条件76
• 5.2 有限元网格及求解方程76-80
• 5.2.1 网格划分及数据结构76-77
• 5.2.2 四面体单元差值函数的构建77-78
• 5.2.3 加权余量方程的建立78-79
• 5.2.4 单元方程的建立79-80
• 5.2.5 总体方程的组合80
• 5.2.6 边界条件的代入80
• 5.3 程序编制及执行思路80-81
• 5.4 Matlab程序编写81-84
• 5.4.1 CD~e计算部分81-82
• 5.4.2 CDB~e计算部分82-83
• 5.4.3 M~e计算部分83
• 5.4.4 温度监测面平均温度计算部分83-84
• 5.5 有限元方法仿真模拟温控结果84-85
• 5.6 本章小结85-86
• 第六章 结论与展望86-88
• 6.1 本文的主要结论86-87
• 6.2 对本文研究内容的展望87-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 研究成果及发表的学术论文94-96
• 作者与导师简介96-97
• 北京化工大学专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书97-98

【参考文献】

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本文编号：428832