Page 118 - 《橡塑技术与装备》2025年1月

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

进料管产生的热变形，故把整个过程视为稳态。 3.2 压力场分析
（3）进料管两端均为固定端。 首先在 Fluent 模块对挤出机进料管的内部流场进
（4）将流体域设置为壁面无滑移条件。 行模拟分析，考虑到进料管内熔体物料的流动特性，
（5）考虑聚合物的高黏特性，忽略惯性力和体积 本文使用标准的 k-ε 湍流模型和 SIMPLEC 算法对其
力。 进行求解，同时考虑能量方程、质量方程和运动方
（6）忽略了法兰盘与进料管因焊接存在的热阻。 程在内的守恒方程。将入口设置为速度入口，压力
3.2 网格划分 出口，残差值设置为 0.000 01 进行计算，计算步长
采用 Workbench 平台中的 mesh 功能模块，分别 设置为 1 000 步，通过模拟三种不同结构的进料管通
对三种进料管结构模型的流体区域和固体区域进行网 入相同的 POE 高黏熔体物料，首先对进料管的压力分
格划分，并对模型的边界条件进行相应的设置。采用 布进行对比，其压力场云图如图 4 所示。
Fluent 流体有限元分析软件计算了相同工况条件不同
模型下的压力场，将结果插值映射到进料管结构上。
需要注意的是，流体区域和固体区域之间的数据应匹
配，以确保压力和温度载荷能够准确地传递到指定固
体区域。对进料管实体模块进行计算时，其内部填充
的高黏流体区域要进行压缩处理，同时，对进料管实
体部分要重新进行网格划分。
网格划分结果如图 2 所示，三种进料管结构的网
格质量均在 0.85 以上。图 3 为弯管处的网格划分局部
放大图。

图 4 不同进料管结构的压力云图
对比图 4(a)、3(b)、3(c) 的压力云图，可以发
现 ：压力的最大值均出现在熔体入口处，最小值在
出口处，压力梯度从入口端到出口端是逐渐递减的趋
势。弯头内压力小于弯头进口直管段，大于弯头出口
直管段。弯头内靠近内壁的压力较小，靠近外壁的压
力较大。因此，空化也最有可能发生在这个区域。其
中，图 4(a) 中压力最大值为 6.5 MPa，最小值为 1.6
MPa，压力差为 4.9 MPa ；图 4(b) 中压力最大值为
5.8 MPa，最小值为 1.6 MPa，压力差为 4.2 MPa ；图
4(c) 中压力最大值为 6.8 MPa，最小值为 1.6 MPa，
图 2 网格划分示意图
压力差为 5.2 MPa。
对比不同进料管结构的压力云图，发现三种进料
管结构的压力差大小顺序为：图 4(c)>(a)>(b)，其中，
图 4(b) 进料管结构的压差最小，优先选用图 4(b) 结构。
3.3 速度场分析
如图 5 所示，为了直观的分析三种不同进料管结
构通入 POE 高黏熔体物料时的速度云图，选取截面
z=0 作为参考面，从图 5 中可以看出，高黏熔体在三
种进料管结构内部的速度分布规律基本一致 ：进料管
中心截面处的熔体速度均为最大值，沿着中心截面向
图 3 弯管处网格划分局部放大图

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·68· 第 51 卷 第 期