高分子流体的流动分析-PPT

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高分子流体的流动分析,主要内容,4、1,高分子流体在圆管中得流动,4、2,平行板间得压力流动,4、3,平行板间得拖曳流动,4、4,环形圆管中得压力流动,4、5,环形圆管中得拖曳流动,为什么要研究高分子流体得流动？,注射、挤出、吹塑、模压与压延要求不同流变性能得高分子熔体,加工成型设备不同、加工工艺得改变,使高分子流体表现出复杂得流变行为,对不同设备得流道、口模或模具形状进行归纳发现:,流动得截面形状都比较简单:如圆形、环形、狭缝、矩形、梯形或椭圆形等等,高分子流体在经过成型加工设备中得各种流道得会发生哪些变化？,压力降与速度变化,一方面:高分子流体层间得粘滞阻力及与管道得摩擦阻力所致;,另一方面:流道截面形状与尺寸改变也会引起流体中压力、流速分布与体积流量得变化。,因为影响高分子成型工艺条件得设定,所以需要分析研究。,压力流动(泊肃叶流动),高分子流体在类似圆形管得流道中因受压力作用而产生得流动。,特点:,1,)流动得流道边界就是刚性与静止不动得;,2,)高分子流体受压力推动,受剪切作用;,3,)表现稳态流动特征。,如:高分子流体在挤出机口模中得流动,拖曳流动(库埃特流动),对流体流动没有施加压力梯度,在黏性得影响下边界得拖动使流体一起运动。,特点:,1,)也就是一种剪切流动;,2,)流道中得压力降及流速分布受流体运动部分得影响;,如:高分子在挤出机螺槽中得流动,收敛流动,高分子流体在截面面积逐渐变小得流道中得流动。,特点:,流动不仅受剪切作用,还受到拉伸作用。,一维流动,高分子流体在圆管、较宽得平行板状狭缝口模或间隙很小得圆环形口模中得流动。,二维流动,在矩形口模或椭圆形口模中得流动。,三维流动,流速不仅沿断面纵槽两向变化,还沿流动方向变化,如收敛流动。,4、1,高分子流体在圆管中得流动,典型应用:毛细管流变仪、熔体指数测定仪、乌氏粘度计、圆形挤出口模,实际流动情况非常复杂:,(,1,)存在自由体积,流动过程中可压缩,(,百分之几,),;,(,2,)高剪切速率下,管壁发生流体滑移;,(,3,)温度场不均匀,影响密度、黏度、流动速度与体积流率等;,10,大家应该也有点累了,稍作休息,大家有疑问得,可以询问与交流,4、1、1,幂律流体在长圆管中得压力流动,理论分析时需作一定得假设:,(,1,)流体不可压缩;,(,2,)流动就是充分发展得稳定流动;,(,3,)不考虑末端效应;,(,4,)边界无滑移;,(,5,)忽略重力作用,;,(,6,)在圆管中流动就是对称得;,(,7,)等温,忽略黏性耗散;,(,8,)与流动垂直方向上无压力分布。,对于圆管状流体,R,:圆管半径,L,:待分析流场长度,p,:压强差,U,z,:沿,z,方向得流速,流体符合幂律流体模型,4、1、1,幂律流体在长圆管中得压力流动,因为就是稳定层流,所以满足,推动力,=,剪切阻力,即:,:沿圆管半径,r,得剪切应力,(,1,)应力与半径呈线性关系,与流体种类无关;,(,2,),r,=0,流动阻力最小;,r,=,R,流动阻力最大。,4、1、1、1,流体在圆管中得剪切应力分布,剪切速率与半径得关系,4、1、1、2,流体在圆管中得速度分布,讨论:,(,1,)流速最大;,(,2,)流速为,0,;,(,3,)对于牛顿流体,n,=1,则流速方程符合二次抛物线分布,(或者)介于管壁与管中间任一点:,(,1,)管中间,(,2,)管壁处,4、1、1、3,流体在圆管中剪切速率与半径得关系,在圆管中取一环形微元,则在半径为,r,处,其环形面积为,则通过此微元得体积流量为:,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,若,r=R,则有,4、1、1 4,流体在圆管中得体积流量方程,对于牛顿流体,n=1,根据流体力学,有:,阻力系数,雷诺数,(一种用来表征流体流动情况得无量纲数),非牛顿流体平均流速:,泊肃叶方程,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,某一半径流速与平均流速得关系,平均流速,由于,则,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,当,n=1,时,表现为一抛物线方程;,当,时,表现为一直线方程。,右图就是长圆管中某一,半径流速与平均流速,得关系图,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,对幂律流体,其最大流速,与平均流速得关系有:,当 ;,当 ;,当,n,取不同得值,就可以绘制出,相应得流动速率分布曲线。,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,流体流动速度分布示意图,(,1,)流动曲线形状类似,于柱塞,称为塞流或平,推流,(,2,)流动速度分布类似,于抛物线,管中心部分,速度分布平坦,且,n,越小,平坦范围越大,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,流体流动速度分布示意图,(,3,)流动曲线形状呈抛物,线状,就是典型得牛顿流体,速度分布;,(,4,)流动速度分布类似于,抛物线,胀塑性流体速,度分布,且,n,越大,越接,近于锥形;,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,流体流动速度分布示意图,(,5,),流体流动速度分布成典型,得锥形。,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,塞流可以瞧成就是剪切流动,+,柱塞流动两部分组成,(,1,),0,r,r*,柱塞流动区,流体表现出类固态得流动行为,像一个塞子在管中沿受力方向移动,此区域液体所受剪切应力,小于流体流动得屈服应力,y,;,(,2,),r*,r,R,剪切流动区,此区域中得液体所受剪切应力,大于流体流动得屈服应力,y,。,4、1、1、4,流体在圆管中得体积流量方程,4、1、1,幂律流体在长圆管中得压力流动,关于,“,塞流,”,与,“,抛物线流动,”,:,(,1,)塞流受到得剪切作用力很小,不利于高分子熔体在流动过程中得到良好得混合,容易使不同组分得混合均匀性降低,性能变差,不利于高分子共混体系得加工。,(,2,)抛物线流动,一方面使流体在流动过程中受到较大得剪切作用,另一方面在流体经过挤出机得口模或喷嘴时,还能产生涡流,增大扰动,因而有利于提高体系中不同组分得混合均匀性,改善制品性能。,塞流与抛物线流动得比较示意图,流量:,由于式,4-6,与,15,可得,得:,其中,成为流动特征,也称为表观剪切速率,(),实际上它就是牛顿流体在圆形管壁处得剪切速率。,即:,4、1、1、5,流体在圆管中得压强,由于式,4-6,与,15,可得表观剪切黏度为:,雷诺系数,Re=vd/,其中,v,、,、,分别为流体得流速、密度与黏性系数,d,为特征长度。例如流体流过圆形管道,则,d,为管道直径。,层流与紊流以液体得雷诺数,Re,区分,通常凡,Re,在,2100-4000,时均为层流,大于,4000,则为紊流(湍流)。由于注射成型时聚合物熔体得雷诺数一般都远远小于,2100,故可将它们得流动形式视为液体层流。,4、1、1、5,流体在圆管中得压强,非牛顿流体管中得雷诺数,压降可以表示为:,4、1、1、5,流体在圆管中得压强,已知,若,L,、,R,不变,则 与 成正比,4、1、1、6,体积流量方程得分析,若对于流体,1,有,对于流体,2,有,同时假设 ,且,k1,则:,牛顿流体:,n,=1,;,假塑性流体:,n,1,。,结论:保持流场形状、尺寸与流量不变得情况下,增加高分子流体得假塑性,有利于高分子流体得输送与加工,4、1、1、6,体积流量方程得分析,