基于FLUENT的水辅注射成型水针孔内流场分析.pdf

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1、基于FIUENT的水辅注射成型水针孔内流场分析《上海塑料》2010年第2期(总第150期)基于FLUENT的水辅注射成型水针孔内流场分析雷波，贾振华。，李伟，郑国强。(1．上海交通大学化学化工学院，上海2000240；2．郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州450001)摘要采用FLUENT中的标准湍流模型，对圆形截面水针孔内水的流动行为进行二维数值模拟。结果表明：在大雷诺数下，水流经水针孔时，孔内存在边界层，流体层与层之间存在干扰；水针孔内大部分区域的流速与来流相差不大，且中心部位流速沿水流方向增大；沿着水流方向压

2、力逐渐下降。总之，采用数值模拟方法不仅可以简便地得到流场的具体信息，还可为水辅注射成型技术设置合适的水压和流速提供参考值。关键词水针孔；数字模拟；FLUENT；标准湍流模型中图分类号：TQ320．66文献标识码：A文章编号：1009—5993(2010)02—0017—05虽然水的流动规律满足质量守恒定律、动量守0引言恒定律和能量守恒定律，但是水在流动过程中会发水辅注射成型(WAIM)是在气体辅助注射成生巨大的形变，这使得流体的流动问题的求解变得型(GAIM)的基础上发展起来的一种新兴的注射异常复杂。借助CFD(co

3、mputationalfluiddynam—成型工艺。它利用增压器或空气压缩机产生高压ics)思想和计算机模拟，能方便有效地分析水的流水，经过水针内的水针孔，将高压水注射到已部分动情况。这种可视化方法不仅简便、成本低、周期预先填充熔体的型腔内，利用水的压力将熔体前推短，而且能定量地捕捉到流场各处的速度和压力等充满型腔。WAIM过程可以被清晰地划分为：聚重要参数。由于流体运动极其复杂，实际工程中又合物熔体部分充填、注入水、以及水保压与冷却三存在大量的边界形状复杂的区段内的流动，鉴于其个阶段。WAIM示意图如图1所示l_

4、l]。复杂性和测量困难性，物理模型试验具有局限性，实验往往只能给出总流的参数；而数值模拟则能给出相关流场的具体信息，且相对于实验研究而言，数值模拟成本低、周期短。正是因为数值模拟具有(a)熔体部分填充较多的优点，已成为研究流体力学强有力的手段一引。笔者针对这种情况，使用CFD软件FLUENT对水针孔内部流场进行模拟，选用标准湍流模型，(b)水注入并将计算结果进行后处理。1问题分析1．1问题描述与简化(c)水保压与水冷却293K的恒温水流经圆形截面水针孔后进入图1WAIM过程示意图大气环境，大气压力为101325Pa；

5、水针孔的直径Fig．1Schematicofthewater—assistedinjectionmoldingprocess为1mm，水的流量Q为1．5×10m。／s。其几何尺寸如图2所示。收稿日期：2010—05—07作者简介：雷波(1988一)，男，硕士研究生，研究方向为聚合物成型加工与计算机模拟。基于FLUENT的水辅注射成型水针孔内流场分析《上海塑料》2010年第2期(总第150期)遍解在数学上还有困难，只有在某些特殊情况才能使方程得到充分简化，求出近似解口。由于水针孔内水流流场处于高湍流状态，因图2水针孔二

6、维结构示意图(mm)此，采用标准的方程模型。标准方程模型的湍动能Fig2Schematicofthe2Dstructureofthewaterpinholek和耗散率e方程如下：根据水针孔内水流的特点，在初步进行的实验c，+去c一丢[(十)差]+研究基础上做出以下假设：不考虑能量方程，忽略G+G6一一yM+S(7)重力作用，不可压缩，定常流动和水的物理参数取()+去()一(+a“,／8~x～j．j+定值。1．2流场分析Ce(G-t-GeG)一C2,p+se(8)对于水针孔内的流动，水流的平均流速和雷式中：表示由平均速

7、度梯度引起的湍流动能生诺数Re的计算式如下：成项；Gb表示因浮力引起的湍流动能生成项；yM—Q／A(1)表示可压缩湍流的波动膨胀对整体耗散率所作的一(2)贡献；CC和C是常数，分别表示k方程和￡方程的湍流Prandtl数；此外，5和S是用户定式中：Q为水针孔内流量，A为横截面积，d为水针义的源项。孔的直径，为水的运动黏度。湍流黏性系数：临界雷诺数一般取为2320，当Re<2320时，孔内为层流；当RP>2320时，孔内为湍流]。一(9)查表得20℃时，水的运动黏度为1．O0×10该模型常数cC，和具有以下默m／s(2

8、O℃水的动力黏度1．005×10Pa-s)，将认值Jj]：相关参数代入式(1)和(2)，得：水针孔内水的平均C1一1．44，C2一1．92，C一0．99，流速为191m／s，Re为191000。由于RP>2320，一1．0，一1．3所以水针孔内水流为湍流。2．2几何结构和网格的生成2数学模型与数值模拟本算例的研究对象是水针孔。笔者首先使用FLU