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聚氨酯发泡机混合器中物料的流场分析
作者:聚氨酯发泡机  来源:  发布时间:2018-05-18 09:20
  摘要:利用AN SYS,以展开的流道为对象,分析了物料在混合器中的流场,并根据速度场求出了剪切应力.结果表明:物料在纵向槽内存在低速区,设训一花鼓时纵向槽不宜太深,花鼓棱与纵向槽的交界处应圆弧过渡;横截而方向存在环流,有利于物料充分混合.
 
  随着聚氨酯工业的发展,聚氨酯发泡机应用广泛.该机主要由储料装置、计量装置、混合器和控制系统组成.其中,混合器是核心部件,是发泡机的心膨l],其性能直接影响到物料的混合效果和发泡质量.由于混合器内物料流动的状态复杂,目前搅拌式混合器的设计仅凭经验,因此研究其结构和参数对提高发泡机性能及其制品的质量很有意义.以搅拌花鼓为研究对象,有限元分析软件ANSYS为平台,对混合器内流体的流场进行分析,确定物料在流道中的速度、压力分布及剪切应力,与实验结果基本吻合,为混合器设计提供依据.
 
聚氨酯发泡机混合器中物料的流场分析

聚氨酯发泡机混合器中物料的流场分析
  1混合器结构及工作原理
 
  搅拌式混合器结构如图1所示.它主要由搅拌腔套、搅拌花鼓和花鼓驱动装置组成.搅拌花鼓与搅拌腔套形成环形混合室.工作时,A,B组分分别由两计量泵通过组分进料口3,6被泵入混合室,花鼓5在驱动电机1的作用下高速旋转,搅拌腔套静止,随着花鼓转动,物料在混合器中被剪切、拉伸,实现混合[2 3].
 
  2. 1几何模型
 
  图2为搅拌花鼓的几何模型.花鼓为带有纵向槽的矩形螺杆,其直径为30 mm、根径25 mm,槽宽3 mm,螺旋槽深1.0一3.0 mm.图3是流道的三维几何模型,它是利用ANS YS软件前处理功能从搅拌腔套中减去搅拌花鼓得到的[用.
 
  由于流体经过流道的时间相对开始凝胶的时间很短,所以转化率可看作零(反应热可忽略);鉴于反应液体的粘度不高(25场寸为4一6 Pa0s),摩擦产生热量所引起的温度变化可忽略.由粘度模型公式,可将粘度假定为常数.为了简化计算,做如下假设:
 
  (1)将搅拌花鼓和搅拌腔套分别展开成两个平面,忽略机筒和花鼓间的曲面效应.
 
  (2)流道壁面无滑移.
 
  (3)物料的动力粘度为4 Pa0s,密度1. 2X 103kg/m3.
 
  3结果分析
 
  3. 1螺旋槽方向速度图
 
  由图5可以看出,在拖拽速度的作用下,螺旋槽方向的截面存在低速区,这个区域的大小与拖拽速度和螺旋槽的深度有关:拖拽速度越大,螺旋槽深度越小,该区域越小;速度等值线在花鼓棱与纵向槽的交界处呈圆弧状.所以,纵向槽不宜太深,在花鼓棱与纵向槽的交界处应圆弧过渡.
 
  3. 2横截面速度分布图
 
  由图6可知,在螺旋槽横截面中心及底部两侧存在低速区,但它对生产能力并没有影响.由图7可知,横截面方向的速度存在明显的回流现象,这使物料在流道中翻转,有利于物料的充分混合.
 
  图6截面方B,C,D分别是螺旋槽深度为3 mm , 1 mm和2 mm时的压力分布.可以看到,螺旋槽深度为3mm时,压力和波动均较小,物料流动平稳;螺旋槽深1 mm和2 mm时,压力和波动急剧增加,增加了计量泵的压力和轴动密封的难度.
 
  3. 4转速对剪切应力的影响
 
  如图9所示,剪切应力与花鼓转速成正比,转速越大,物料所受剪切应力越大,混合越充分.
 
  3. 5螺旋槽深度方向剪切应力分布
 
  如图10所示,螺旋槽距搅拌腔套在0. 5 m m以内时剪切应力基本保持不变,0. 5 -' 0. 7 mm时剪切应力随螺旋槽距腔套距离的增大急剧下降,大于0. 7 mm时剪切应力随螺旋槽距腔套距离的增大继续下降,但下降幅度较前者小,这说明越靠近腔套的物料混合越充分.
 
  4结语
 
  a.物料在纵向槽内存在低速区,设计花鼓时,纵向槽不宜太深,花鼓棱与纵向槽的交界处应圆弧过渡.
 
  b.横截面方向存在回流现象,有利于物料的充分混合.
 
  c.压力和压力波动幅度随螺旋槽深度的减小而增加.
 
  d.剪切应力与花鼓转速成正比,与螺旋槽到腔套距离的关系是:距离越大,剪切应力越小.
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