Page 93 - 《橡塑技术与装备》2025年6期

测试与分析
TEST AND ANALYSIS

△ △
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3 1 2 1
0
式中 ：
r——毛细管的半径，m ；
n——非牛顿流动指数 ；
△ P——毛细管两端压力差，Pa ；
（a）长径比 15/2 （b）长径比 10/1.5 (c) 长径比 30/2
△ P 0 ——入口压力降，Pa ；
图 7 物料从三种长径比口模挤出图片
0——零切黏度，Pa.s ；
2.2 ANSYS 仿真实验
λ——松弛时间，s。
实验研究是基于物料实现的，在仿真模拟过程中
做出以下假设 ：物料为不可压缩的非牛顿流体 ；流道
2 实验测试及仿真
中物料温度相等，流场的分布与温度和时间无关 ；流
2.1 实验过程
体流动是稳态层流动且物料充满流道 ；熔体的重力和
挑选所需长径比的毛细管口模安装在料筒的下
惯性力远小于其黏性，所以忽略不计 ；壁面无滑移。
方，打开电源开关，通过控制柜启动电液泵，在 PLC
如下图 8 所示，根据流道二维结构示意图分析
控制面板上通过设置赫兹值来实现对电液泵电机转速
出流道结构，建立流道的三维模型，通过 ANSYS
的控制，通过 PLC 控制面板实现推杆的上升和下降，
Workbench 的 Geometry 模块导入流道结构模型
调试限位器的限制距离，防止柱塞杆与毛细管口模发
生碰撞，安装高速相机并与电脑相连调试相机，相机
位置安装在口模前侧，打开辅助灯，保证拍摄清晰。
如下图 6 所示。

（a）流道二维结构示意 （b）流道结构三维示意 （c）流道三维建模
图 6 高速摄像机布置图 图 8 流道处二维与三维示意图

控制推杆上升到顶部，添加物料至料筒中。由于 在 Workbench 平台中新建一个 mesh 模块，进行
物料是小型颗粒状，可用漏斗来辅助加料。点 PLC 控 边界层的定义与网格的划分，网格划分情况如下图 9
制面板上 “ 循环泵启动 ” 按钮来启动模温机的循环泵， 所示 ：
并调节循环速度。在 PLC 控制面板 “ 液油温度设定 ” 基于幂律模型，设置与毛细管流变仪实验相同的
下方框输入液压油温度的数值。观察控制面板上面物 数据参数，先对长径比为 15/2 的毛细管流道进行建模
料温度显示值，当达到试验温度后，稳定一段时间， 仿真，通过多次数值模拟获得了初步零切黏度值，再
点 PLC 控制面板上面的 “ 推杆下降 ” 按钮，通过柱塞 代入长径比为 10/1.5、30/2 得模型对理论上真实的零
杆挤出物料，记录数据。柱塞杆退出，拆掉口模，清 切黏度值进行验证，得到理论上真实的零切黏度值。
理物料，口模中的物料通过微型打孔器来清理。实验 按照物料的特性进行参数的设置，再根据上表的边界
结束或重复上述步骤进行下一组实验。 条件进行设置，随后展开仿真计算。
如下图 7 所示为三种不同长径比口模挤出的物料
照片。 3 数据对比与结论
3.1 数据处理与对比

年
2025 第 51 卷 ·41·