高分子材料加工成型原理-chap3-在管槽中的流动课件.ppt

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1、高分子材料成型加工原理主讲：匡唐清华东交通大学材料成型教研室2021/10/23第三章聚合物流体在管/槽中的流动Q：为什么研究聚合物在管/槽中的流动？A：聚合物在管/槽中的流动分析是各种流道流动分析的基础在简单形状管道中的流动计算方法成熟；流道可看作圆管与狭缝槽的各种组合过渡；在复杂形状管道中的流动计算，其计算方法实际上都是以圆形，狭缝形等简单形状管道的计算为基础修正发展而来的，仍属半经验法。第三章聚合物流体在管/槽中的流动聚合物的流动按流动形式可分为：压力流动压力驱动下的流动，只受剪切作用收敛流流动截面尺寸逐渐变小，不仅有剪切作用，还有拉伸作

2、用。拖曳流聚合物流体因管道或口模的运动而被带动的流动，它也是一种剪切流动如挤出机螺槽中的流动、生产线缆包覆物等口模中的流动。第三章聚合物流体在管/槽中的流动聚合物的流动按流体的流速分布特征可分为：一维流动u(1)流动速度仅在一个方向内变动二维流动u(1,2)流体速度在两个方向内有变动三维流动u(1,2,3)流体速度在三个方向均有变化。速度不仅沿断面纵横两向变化，而且也沿流动方向变化。圆管流很宽的平行板狭缝口模流间隙很小的圆环形口模流矩形口模或椭圆形口模流锥形/楔形收敛流动一维（径向）一维（厚度）一维（径向）二维（截面）锥形-二维/楔形-三维第三章

3、聚合物流体在管/槽中的流动在简单形状管道内聚合物流体的流动聚合物流体的压力流动聚合物流体的拖曳流动和收敛流动聚合物流体流动过程的弹性行为端末效应不稳定流动和熔体破裂现象聚合物流体流动性测量方法简介毛细管粘度计旋转粘度计第一节在简单几何形状管道内聚合物流体的流动简化假设：（服从指数定律、稳态层流）(1)不可压缩；(2)等温；(3)壁面无滑动(即壁面速度为零)；(4)性质稳定，与时间无关。以上假设是对真实状况的近似假设，对分析和计算结果并不引起大的偏差，实践证明这些假设可行。第一节在简单几何形状管道内聚合物流体的流动聚合物流体的压力流动圆管中的流

4、动狭缝通道中的流动聚合物流体的拖曳流动和收敛流动一、聚合物流体在圆管中的流动简单圆形管道形状简单，容易制造加工，应用最为广泛。如注射喷嘴、浇口或流道，挤出机头通道或口模以及纤维纺丝的喷丝板孔道等。简单圆管中流体在压力驱动下只产生一维剪切流动。一、聚合物流体在圆管中的流动牛顿流体在简单圆管中的流动非牛顿流体在简单圆管中的流动圆管中的非等温流动一）牛顿流体在简单圆管中的流动受力分析稳态层流，力平衡：F1是流动推力F2流动阻力F3剪切阻力。即：一）牛顿流体在简单圆管中的流动剪应力分布任意半径处的剪应力牛顿流体的圆管流剪应力与单位距离压力降成正比；剪应力

5、的分布与半径距离成正比，呈线性关系。一）牛顿流体在简单圆管中的流动速度分布任意半径处的速度平均流速：牛顿流体在圆管流流动速度呈抛物线形分布，中心最大，管壁为0速度与单位距离的压力降成正比，与粘度成反比一）牛顿流体在简单圆管中的流动流率（单位时间流量）粘度剪切速率管壁处任意半径处牛顿流体圆管流流率与单位距离压力降成正比，与粘度成反比；剪切速率的分布与半径距离成正比，并呈线性关系。二）非牛顿流体在简单圆管中的流动非牛顿流体的粘度很高，剪切速率很低，雷诺数（NRe<<1）很小，因而其在管中流动时仍为层流。其分析推导过程类似牛顿流体。只需引入非牛顿指数n

6、，就可得到相应的流动行为公式。n=1时，其流动行为公式退化为牛顿流体的计算式二）非牛顿流体在简单圆管中的流动剪应力分布（同牛顿流体）任意半径处的剪应力非牛顿/牛顿流体的圆管流剪应力与单位距离压力降成正比；剪应力的分布与半径距离成正比，呈线性关系。二）非牛顿流体在简单圆管中的流动速度分布任意半径处的速度平均流速：非牛顿流体圆管流流速随单位距离压力降的增大而增加，随流体粘度的增加而减小。二）非牛顿流体在简单圆管中的流动流率（单位时间流量）剪切速率管壁处任意半径处非牛顿流体圆管流流率随单位距离压力降增大而增大，随粘度增大而减小最大剪切速率在管壁上，中心

7、剪切速率为0。牛顿流体/非牛顿流体圆管流对比牛顿流体非牛顿流体剪应力速度流率剪切速率牛顿流体/非牛顿流体圆管流对比牛顿流体非牛顿流体剪应力与单位距离压力降成正比；与半径距离成正比，呈线性关系；速度呈抛物线形分布，中心最大，管壁为0与单位距离的压力降成正比，与粘度成反比随单位距离压力降的增大而增加；随流体粘度的增加而减小。流率流率与单位距离压力降成正比，与粘度成反比；随单位距离压力降增大而增大；随粘度增大而减小；剪切速率与半径距离成正比，并呈线性关系。随半径距离增大而增大。二）非牛顿流体在简单圆管中的流动流动速度分布曲线二）非牛顿流体在简单圆管中的

8、流动流动速度分布曲线牛顿流体(n＝1)，速度分布曲线为抛物线形；膨胀性非牛顿流体(n>1)，速度分布曲线变得较为陡峭，n值愈大，愈接近于