本書結(jié)合雙螺桿擠出機過程數(shù)值模擬，講述了polyflow軟件的使用方法和使用該類軟件的思維方式。從網(wǎng)格劃分開始，講述數(shù)值模擬設定、流場特征分析、混合任務設定、混合評價指標體系創(chuàng)建等內(nèi)容。不僅涉及到穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、等溫、非等溫等多方面基礎內(nèi)容，而且還對適應性網(wǎng)格技術(shù)、滑移邊界條件、周期性邊界條件等深層次問題進行了討論。
聚合物加工過程數(shù)值仿真是提高相關(guān)行業(yè)設備開發(fā)和工藝改進效率的有效途徑。本書中, 筆者以從2003 年開始學習和使用Polyflow 軟件的心得體會著手, 結(jié)合十余年的教學經(jīng)驗, 以雙螺桿擠出為背景, 對Polyflow 及其配套軟件(Gambit、FieldView、Polyfuse 和Polystat等) 的使用方法進行了講解。從內(nèi)容上看, 本書內(nèi)容全面豐富, 涵蓋了Polyflow 模擬中大部分的核心內(nèi)容, 如穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)問題、等溫和非等溫問題、流動仿真和混合過程統(tǒng)計等。
此外, 還包括流場計算中的網(wǎng)格重疊技術(shù)、適應性網(wǎng)格技術(shù)、運動部件受力狀態(tài)以及周期性邊界條件和滑移邊界條件的使用方法。
在本書的學習過程中, 希望讀者能夠從頭開始, 特別是第2 ~4 章的內(nèi)容, 要按順序?qū)W習。在掌握Polyflow 軟件的基礎知識后, 學習第5 ~ 8 章的內(nèi)容就會比較簡單。讀者最好一邊看書, 一邊操作軟件, 并體會每一個設定環(huán)節(jié)在整個仿真設定中的具體作用, 這樣才能熟練掌握使用Polyflow 軟件進行仿真的方法。對于有相關(guān)模擬經(jīng)驗的讀者, 建議先閱讀本書的第1 章, 體會筆者學習和使用該軟件的心得。對于基礎相對薄弱的讀者, 建議在學習本書內(nèi)容后, 在開始自己的模擬研究工作前, 閱讀本書的第1 章。
在開始Polyflow 仿真之旅前, 筆者希望讀者能夠記住一句話: “ 最復雜、最全面的仿真模型往往不是最合適、最有效的”。
本書獻給我女兒畢安億、兒子畢家輝、妻子趙昕楠以及已在天國的父親。
因個人水平有限, 在編寫過程中難免會有疏忽和錯誤之處, 懇請讀者批評指正。歡迎廣大讀者與筆者聯(lián)系, 電子郵件是bichao812@ sohu. com、bichao@ mail. buct. edu. cn。也可通過掃描本書每頁上的二維碼, 將閱讀時發(fā)現(xiàn)的問題以及需要與編者交流的問題上傳, 編者會及時回復。
編 者
前 言
基 礎 篇
第1 章 Polyflow 軟件介紹及軟件使用心得 2
1. 1 Polyflow 軟件的組成及其模塊功能介紹 2
1. 2 建立仿真模型的基本流程 3
1. 2. 1 幾何建模及網(wǎng)格劃分 3
1. 2. 2 流場的設定 3
1. 2. 3 后處理流場提取及統(tǒng)計分析 3
1. 3 Polyflow 軟件使用心得體會 3
1. 3. 1 雙轉(zhuǎn)子混合器端面形狀的優(yōu)化分析 4
1. 3. 2 熔體齒輪泵穩(wěn)壓性能的分析 5
1. 3. 3 往復式單螺桿銷釘擠出機機筒銷釘?shù)臄嚢枳饔梅治? 7
第2 章 雙螺桿擠出模型的網(wǎng)格劃分 10
2. 1 幾何模型及仿真工程的建立 10
2. 1. 1 幾何模型 10
2. 1. 2 仿真工程的建立 11
2. 2 螺紋元件部分的網(wǎng)格劃分 11
2. 2. 1 指定求解器 13
2. 2. 2 幾何模型的導入 13
2. 2. 3 體網(wǎng)格劃分 13
2. 2. 4 邊界和區(qū)域設定 14
2. 2. 5 網(wǎng)格輸出 15
2. 3 螺紋元件對應的流體區(qū)域部分的網(wǎng)格劃分 15
2. 3. 1 指定求解器 16
2. 3. 2 幾何模型導入 16
2. 3. 3 體網(wǎng)格劃分 16
2. 3. 4 邊界和區(qū)域設定 25
2. 3. 5 網(wǎng)格文件導出 25
2. 4 嚙合盤對應流體區(qū)域的網(wǎng)格劃分 26
2. 4. 1 指定求解器 26
2. 4. 2 幾何模型導入 26
2. 4. 3 體網(wǎng)格劃分 27
目 錄
2. 5 網(wǎng)格文件格式轉(zhuǎn)換及組合 34
2. 5. 1 格式轉(zhuǎn)換 34
2. 5. 2 網(wǎng)格組合 35
思考題 37
第3 章 雙螺桿等溫瞬態(tài)流動問題的有限元求解 38
3. 1 流場仿真任務的創(chuàng)建 38
3. 2 流場計算任務的設定過程 38
3. 2. 1 流場任務的創(chuàng)建及其類型的設定 38
3. 2. 2 瞬態(tài)等溫流場子任務的設定 40
3. 2. 3 數(shù)值參數(shù)的設定 48
3. 2. 4 后處理子任務的設定 51
3. 2. 5 結(jié)果輸出的設定 52
3. 2. 6 流場輸出管理 53
3. 2. 7 文件管理 54
3. 2. 8 程序運行 54
3. 3 使用FieldView 軟件觀察流場結(jié)果 57
3. 3. 1 結(jié)果文件的導入及顯示窗口初始化 57
3. 3. 2 流體區(qū)域邊界上的剪切速率分布 58
3. 3. 3 瞬態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示 62
3. 3. 4 截面上的速度向量分布 63
3. 3. 5 擠出方向上的剪切速率變化曲線 66
3. 4 在瞬態(tài)任務的基礎上完成穩(wěn)態(tài)任務的設定 68
3. 5 網(wǎng)格重疊技術(shù) 69
3. 5. 1 網(wǎng)格重疊技術(shù)簡介 69
3. 5. 2 推薦的插值關(guān)系 70
3. 5. 3 運動部件復雜運動模式的檢查 70
3. 5. 4 注意事項 70
3. 6 系列化流場計算問題的設定參數(shù)管理 72
3. 6. 1 構(gòu)建模擬參數(shù)表格 72
3. 6. 2 構(gòu)建新建仿真任務的數(shù)據(jù)列表 72
3. 6. 3 結(jié)果對比 72
思考題 74
第4 章 雙螺桿擠出混合性能的統(tǒng)計分析 75
4. 1 混合任務的設定 75
4. 1. 1 仿真任務的創(chuàng)建 75
4. 1. 2 計算區(qū)域的設定 76
4. 1. 3 邊界條件的設定 77
4. 1. 4 流場的定義 78
4. 1. 5 示蹤粒子的生成 79
4. 1. 6 粒子軌跡跟蹤參數(shù)的設定 80
4. 1. 7 存儲屬性的選擇 81
4. 1. 8 結(jié)果的存儲 82
4. 1. 9 運動部件的定義 84
Polyflow軟件基礎及其在雙螺桿擠出仿真過程中的應用
4. 2 混合性能評價指標體系的建立 86
4. 2. 1 啟動Polystat 統(tǒng)計模塊 86
4. 2. 2 數(shù)據(jù)讀取 86
4. 2. 3 示蹤粒子運動軌跡的動態(tài)顯示 88
4. 2. 4 停留時間分布的統(tǒng)計 92
4. 2. 5 分布混合特性的衡量———分布指數(shù)、分離尺度 98
4. 2. 6 分散混合特性的衡量———最大剪切應力、少組分粒徑變化 112
思考題 118
提 高 篇
第5 章 雙螺桿擠出非等溫問題求解 120
5. 1 物性參數(shù)與邊界條件 120
5. 1. 1 幾何模型 120
5. 1. 2 網(wǎng)格劃分 120
5. 1. 3 邊界條件 121
5. 1. 4 物性參數(shù) 122
5. 2 非等溫流場計算任務的設定 122
5. 2. 1 創(chuàng)建仿真任務 123
5. 2. 2 輸出的設定 149
5. 2. 3 流場結(jié)果管理 151
5. 2. 4 文件管理 152
5. 2. 5 任務運行 152
5. 3 對比方案的設定 153
5. 4 程序運行過程及結(jié)果對比 156
5. 4. 1 程序運行過程 156
5. 4. 2 結(jié)果對比 157
第6 章 適應性網(wǎng)格技術(shù)在雙螺桿擠出仿真中的應用 162
6. 1 適應性網(wǎng)格技術(shù) 162
6. 1. 1 inside 場 163
6. 1. 2 細化方案 163
6. 1. 3 相關(guān)參數(shù) 163
6. 2 使用適應性網(wǎng)格技術(shù)時Polydata 的操作方法 164
6. 2. 1 網(wǎng)格文件 164
6. 2. 2 相關(guān)設定 164
6. 3 由CSV 類型文件轉(zhuǎn)換獲得Polyflow 類型文件 168
6. 3. 1 轉(zhuǎn)換數(shù)量的切換 169
6. 3. 2 被轉(zhuǎn)換文件的選擇 170
6. 3. 3 計算區(qū)域的選擇 170
6. 3. 4 網(wǎng)格細化次數(shù)的設定 171
6. 3. 5 拓撲關(guān)系 171
6. 3. 6 輸出結(jié)果類型 171
6. 3. 7 保存和退出 172
目 錄
6. 3. 8 轉(zhuǎn)換結(jié)果 173
6. 4 混合任務的設定 173
6. 5 結(jié)果分析 173
第7 章 擠出過程中螺桿的受力狀態(tài)分析 177
7. 1 求解前的準備 177
7. 1. 1 運動部件的網(wǎng)格文件 177
7. 1. 2 運動部件的邊界條件 177
7. 1. 3 強度理論和物性參數(shù) 177
7. 2 運動部件彈性變形后處理子任務的設定 178
7. 2. 1 子任務計算區(qū)域的設定 179
7. 2. 2 物性參數(shù)和系統(tǒng)單位的設定 180
7. 2. 3 位移邊界條件的設定 181
7. 3 流場結(jié)果觀察及結(jié)果分析 184
7. 3. 1 導入結(jié)果文件 184
7. 3. 2 背景及顯示設定 184
7. 3. 3 螺桿元件應力云圖顯示 185
7. 3. 4 螺桿元件變形顯示設定 190
第8 章 滑移條件和周期性邊界條件 192
8. 1 滑移條件的使用 192
8. 1. 1 滑移條件 192
8. 1. 2 基于運動部件的滑移問題設定 192
8. 1. 3 結(jié)果分析 197
8. 2 周期性邊界條件的使用 198
8. 2. 1 流場任務的設定 199
8. 2. 2 混合任務的設定 202
8. 2. 3 計算結(jié)果的對比 204
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