Polyflow软件基础及其在双螺杆挤出仿真过程中的应用.pdf
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1、 普通高等教育 “十三五” 规划教材 Polyflow 软件基础及其在双螺杆 挤出仿真过程中的应用 毕 超 编著 机 械 工 业 出 版 社 本书以双螺杆挤出为例, 对 Polyflow 软件的基本操作方法进行了全面的介绍。 全书共 8 章: 第 1 章介绍了作者使用该软件进行模拟仿真的心得体会; 第 2 章对使用 Gambit 软件划分网格的 前处理过程进行了讲解, 让读者充分体会网格规划在划分网格环节的重要性; 第 3 章是使用 Polyflow 软件进行流场分析的基础部分, 不仅包括流场设定的具体过程和使用后处理软件 Field View 观察流场结果的具体方法, 而且还对流场设定文件的
2、修改、 网格重叠技术的原理以及系列 化流场计算问题的设定参数管理进行了讲解; 第 4 章在第 3 章获得流场结果的基础上, 基于示踪 粒子轨迹跟踪技术实现了对混合过程的统计评价, 并着重介绍使用 Polystat 统计模块进行统计分 析的具体方法; 第 5 章介绍非等温仿真问题的设定方法, 并对比了两种非等温问题的出口和入口 温度边界的计算结果; 第 6 章讲述了适应性网格技术在双螺杆挤出仿真中的应用, 以及由 CSV 文件转换获得 Polyflow 类型文件的操作过程; 第 7 章讲述了螺杆受力状态的计算方法和相关场量 的观察方法; 第 8 章讲述了滑移条件和周期性边界条件的具体应用方法。
3、本书在编写过程中, 为了便于读者学习, 加入了大量的设定过程截图, 还将计算结果的分析 方法引入每一章, 便于读者形成流场计算结果的分析思路。 本书使用的软件包括 Gambit (版本号2. 4)、 Polyflow (版本号15. 0) 以及 Fieldview (版本号 10)。 这些软件目前有多个可用版本, 各版本之间差异不大。 如读者在使用非本书介绍的版本时 发现较大差异, 以致影响阅读, 欢迎与编者交流。 本书内容全面丰富, 难度由浅入深, 适合于广大高分子材料加工相关专业的大专、 本科、 研 究生及科研工作者阅读。 图书在版编目 (CIP) 数据 Polyflow 软件基础及其在双
4、螺杆挤出仿真过程中的应用/ 毕超编著 . 北京: 机械工 业出版社, 2018. 7 普通高等教育 “十三五” 规划教材 ISBN 9787111596608 . P . 毕 . 计算流体力学应用软件高等学校教材 . O35 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2018) 第 073235 号 机械工业出版社(北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037) 策划编辑: 姜 凤 责任编辑: 姜 凤 陈瑞文 张金奎 责任校对: 樊钟英 封面设计: 马精明 责任印制: 张 博 三河市宏达印刷有限公司印刷 2018 年 6 月第 1 版第 1 次印刷 184mm 260mm13. 75 印张33
5、4 千字 00012500 册 标准书号: ISBN 978711159660 8 定价: 49.00 元 凡购本书, 如有缺页、 倒页、 脱页, 由本社发行部调换 电话服务网络服务 服务咨询热线: 01088379833机 工 官 网: www. cmpbook. com 读者购书热线: 01088379649机 工 官 博: weibo. com/ cmp1952 教育服务网: www. cmpedu. com 封面无防伪标均为盗版金书网: www. goldenbook. com 聚合物加工过程数值仿真是提高相关行业设备开发和工艺改进效率的有效途径。 本书 中, 笔者以从 2003 年开
6、始学习和使用 Polyflow 软件的心得体会着手, 结合十余年的教学经 验, 以双螺杆挤出为背景, 对 Polyflow 及其配套软件 (Gambit、 FieldView、 Polyfuse 和 Polys tat 等) 的使用方法进行了讲解。 从内容上看, 本书内容全面丰富, 涵盖了 Polyflow 模拟中 大部分的核心内容, 如稳态和瞬态问题、 等温和非等温问题、 流动仿真和混合过程统计等。 此外, 还包括流场计算中的网格重叠技术、 适应性网格技术、 运动部件受力状态以及周期性 边界条件和滑移边界条件的使用方法。 在本书的学习过程中, 希望读者能够从头开始, 特别是第 2 4 章的内
7、容, 要按顺序学 习。 在掌握 Polyflow 软件的基础知识后, 学习第 5 8 章的内容就会比较简单。 读者最好一 边看书, 一边操作软件, 并体会每一个设定环节在整个仿真设定中的具体作用, 这样才能熟 练掌握使用 Polyflow 软件进行仿真的方法。 对于有相关模拟经验的读者, 建议先阅读本书的 第 1 章, 体会笔者学习和使用该软件的心得。 对于基础相对薄弱的读者, 建议在学习本书内 容后, 在开始自己的模拟研究工作前, 阅读本书的第 1 章。 在开始 Polyflow 仿真之旅前, 笔者希望读者能够记住一句话: “最复杂、 最全面的仿真 模型往往不是最合适、 最有效的”。 本书献
8、给我女儿毕安亿、 儿子毕家辉、 妻子赵昕楠以及已在天国的父亲。 因个人水平有限, 在编写过程中难免会有疏忽和错误之处, 恳请读者批评指正。 欢迎广 大读者与笔者联系, 电子邮件是 bichao812 sohu. com、 bichao mail. buct. edu. cn。 也可通过 扫描本书每页上的二维码, 将阅读时发现的问题以及需要与编者交流的问题上传, 编者会及 时回复。 编 者 前 言 基 础 篇 第 1 章 Polyflow 软件介绍及软件使用心得2 1. 1 Polyflow 软件的组成及其模块功能介绍2 1. 2 建立仿真模型的基本流程3 1. 2. 1 几何建模及网格划分3
9、1. 2. 2 流场的设定3 1. 2. 3 后处理流场提取及统计分析3 1. 3 Polyflow 软件使用心得体会3 1. 3. 1 双转子混合器端面形状的优化分析4 1. 3. 2 熔体齿轮泵稳压性能的分析5 1. 3. 3 往复式单螺杆销钉挤出机机筒销钉的搅拌作用分析7 第 2 章 双螺杆挤出模型的网格划分10 2. 1 几何模型及仿真工程的建立10 2. 1. 1 几何模型10 2. 1. 2 仿真工程的建立11 2. 2 螺纹元件部分的网格划分11 2. 2. 1 指定求解器13 2. 2. 2 几何模型的导入13 2. 2. 3 体网格划分13 2. 2. 4 边界和区域设定14
10、 2. 2. 5 网格输出15 2. 3 螺纹元件对应的流体区域部分的网格划分15 2. 3. 1 指定求解器16 2. 3. 2 几何模型导入16 2. 3. 3 体网格划分16 2. 3. 4 边界和区域设定25 2. 3. 5 网格文件导出25 2. 4 啮合盘对应流体区域的网格划分26 2. 4. 1 指定求解器26 2. 4. 2 几何模型导入26 2. 4. 3 体网格划分27 目 录 2. 5 网格文件格式转换及组合34 2. 5. 1 格式转换34 2. 5. 2 网格组合35 思考题37 第 3 章 双螺杆等温瞬态流动问题的有限元求解38 3. 1 流场仿真任务的创建38 3
11、. 2 流场计算任务的设定过程38 3. 2. 1 流场任务的创建及其类型的设定38 3. 2. 2 瞬态等温流场子任务的设定40 3. 2. 3 数值参数的设定48 3. 2. 4 后处理子任务的设定51 3. 2. 5 结果输出的设定52 3. 2. 6 流场输出管理53 3. 2. 7 文件管理54 3. 2. 8 程序运行54 3. 3 使用 FieldView 软件观察流场结果57 3. 3. 1 结果文件的导入及显示窗口初始化57 3. 3. 2 流体区域边界上的剪切速率分布58 3. 3. 3 瞬态数据的动态显示62 3. 3. 4 截面上的速度向量分布63 3. 3. 5 挤出
12、方向上的剪切速率变化曲线66 3. 4 在瞬态任务的基础上完成稳态任务的设定68 3. 5 网格重叠技术69 3. 5. 1 网格重叠技术简介69 3. 5. 2 推荐的插值关系70 3. 5. 3 运动部件复杂运动模式的检查70 3. 5. 4 注意事项70 3. 6 系列化流场计算问题的设定参数管理72 3. 6. 1 构建模拟参数表格72 3. 6. 2 构建新建仿真任务的数据列表72 3. 6. 3 结果对比72 思考题74 第 4 章 双螺杆挤出混合性能的统计分析75 4. 1 混合任务的设定75 4. 1. 1 仿真任务的创建75 4. 1. 2 计算区域的设定76 4. 1. 3
13、 边界条件的设定77 4. 1. 4 流场的定义78 4. 1. 5 示踪粒子的生成79 4. 1. 6 粒子轨迹跟踪参数的设定80 4. 1. 7 存储属性的选择81 4. 1. 8 结果的存储82 4. 1. 9 运动部件的定义84 Polyflow软件基础及其在双螺杆挤出仿真过程中的应用 4. 2 混合性能评价指标体系的建立86 4. 2. 1 启动 Polystat 统计模块86 4. 2. 2 数据读取86 4. 2. 3 示踪粒子运动轨迹的动态显示88 4. 2. 4 停留时间分布的统计92 4. 2. 5 分布混合特性的衡量 分布指数、 分离尺度98 4. 2. 6 分散混合特性
14、的衡量 最大剪切应力、 少组分粒径变化112 思考题118 提 高 篇 第 5 章 双螺杆挤出非等温问题求解120 5. 1 物性参数与边界条件120 5. 1. 1 几何模型120 5. 1. 2 网格划分120 5. 1. 3 边界条件121 5. 1. 4 物性参数122 5. 2 非等温流场计算任务的设定122 5. 2. 1 创建仿真任务123 5. 2. 2 输出的设定149 5. 2. 3 流场结果管理151 5. 2. 4 文件管理152 5. 2. 5 任务运行152 5. 3 对比方案的设定153 5. 4 程序运行过程及结果对比156 5. 4. 1 程序运行过程156
15、5. 4. 2 结果对比157 第 6 章 适应性网格技术在双螺杆挤出仿真中的应用162 6. 1 适应性网格技术162 6. 1. 1 inside 场163 6. 1. 2 细化方案163 6. 1. 3 相关参数163 6. 2 使用适应性网格技术时 Polydata 的操作方法164 6. 2. 1 网格文件164 6. 2. 2 相关设定164 6. 3 由 CSV 类型文件转换获得 Polyflow 类型文件168 6. 3. 1 转换数量的切换169 6. 3. 2 被转换文件的选择170 6. 3. 3 计算区域的选择170 6. 3. 4 网格细化次数的设定171 6. 3.
16、 5 拓扑关系171 6. 3. 6 输出结果类型171 6. 3. 7 保存和退出172 目 录 6. 3. 8 转换结果173 6. 4 混合任务的设定173 6. 5 结果分析173 第 7 章 挤出过程中螺杆的受力状态分析177 7. 1 求解前的准备177 7. 1. 1 运动部件的网格文件177 7. 1. 2 运动部件的边界条件177 7. 1. 3 强度理论和物性参数177 7. 2 运动部件弹性变形后处理子任务的设定178 7. 2. 1 子任务计算区域的设定179 7. 2. 2 物性参数和系统单位的设定180 7. 2. 3 位移边界条件的设定181 7. 3 流场结果观
17、察及结果分析184 7. 3. 1 导入结果文件184 7. 3. 2 背景及显示设定184 7. 3. 3 螺杆元件应力云图显示185 7. 3. 4 螺杆元件变形显示设定190 第 8 章 滑移条件和周期性边界条件192 8. 1 滑移条件的使用192 8. 1. 1 滑移条件192 8. 1. 2 基于运动部件的滑移问题设定192 8. 1. 3 结果分析197 8. 2 周期性边界条件的使用198 8. 2. 1 流场任务的设定199 8. 2. 2 混合任务的设定202 8. 2. 3 计算结果的对比204 第 1 章 Polyflow 软件介绍及软件使用心得 本章主要介绍 Poly
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