第4章 高分子流体的流动分析.pptVIP

对幂律流体，其最大流速 与平均流速的关系有： 当 ； 当 ； 当n取不同的值，就可以绘制出 相应的流动速率分布曲线。 4.1.1.4 流体在圆管中的体积流量方程 流体流动速度分布示意图 （1）流动曲线形状类似 于柱塞，称为塞流或平 推流 （2）流动速度分布类似 于抛物线，管中心部分 速度分布平坦，且n越小 ，平坦范围越大 4.1.1.4 流体在圆管中的体积流量方程 流体流动速度分布示意图 （3）流动曲线形状呈抛物 线状，是典型的牛顿流体 速度分布； （4）流动速度分布类似于 抛物线，胀塑性流体速 度分布，且n越大，越接 近于锥形； 4.1.1.4 流体在圆管中的体积流量方程 流体流动速度分布示意图 （5） 流体流动速度分布成典型 的锥形。 4.1.1.4 流体在圆管中的体积流量方程 塞流可以看成是剪切流动+柱塞流动两部分组成 （1）0＜r≤r*，柱塞流动区，流体表现出类固态的流动行为，像一个塞子在管中沿受力方向移动，此区域液体所受剪切应力τ小于流体流动的屈服应力τy； （2）r*＜r≤R，剪切流动区，此区域中的液体所受剪切应力τ大于流体流动的屈服应力τy 。 4.1.1.4 流体在圆管中的体积流量方程 4.1.1 幂律流体在长圆管中的压力流动 关于“塞流”与“抛物线流动”： （1）塞流受到的剪切作用力很小，不利于高分子熔体在流动过程中得到良好的混合，容易使不同组分的混合均匀性降低，性能变差，不利于高分子共混体系的加工。 （2）抛物线流动，一方面使流体在流动过程中受到较大的剪切作用，另一方面在流体经过挤出机的口模或喷嘴时，还能产生涡流，增大扰动，因而有利于提高体系中不同组分的混合均匀性，改善制品性能。 塞流与抛物线流动的比较示意图 流量： 由于式4-6和15可得 得： 其中， 成为流动特征，也称为表观剪切速率( )，实际上它是牛顿流体在圆形管壁处的剪切速率。 即： 4.1.1.5 流体在圆管中的压强 由于式4-6和15可得表观剪切黏度为： 雷诺系数Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道直径。 层流和紊流以液体的雷诺数Re区分，通常凡Re在2100-4000时均为层流，大于4000则为紊流（湍流）。由于注射成型时聚合物熔体的雷诺数一般都远远小于2100，故可将它们的流动形式视为液体层流。 4.1.1.5 流体在圆管中的压强 非牛顿流体管中的雷诺数 压降可以表示为： 4.1.1.5 流体在圆管中的压强 已知 若L、R不变，则 与 成正比 4.1.1.6 体积流量方程的分析 若对于流体1，有 对于流体2，有 同时假设 ，且k1，则： 牛顿流体： n=1； 假塑性流体：n1； 胀塑性流体：n1。 结论：保持流场形状、尺寸和流量不变的情况下，增加高分子流体的假塑性，有利于高分子流体的输送和加工 4.1.1.6 体积流量方程的分析  课后作业： 1、推导牛顿流体在长圆管中的压力流动的剪切应力分布、流速分布，剪切速率与半径的关系、体积流量方程、平均流速等表达式，画出应力分布和流速分布示意图。  第四章高分子流体的流动分析 主要内容 4.1 高分子流体在圆管中的流动 4.2 平行板间的压力流动 4.3 平行板间的拖曳流动 4.4 环形圆管中的压力流动 4.5 环形圆管中的拖曳流动 为什么要研究高分子流体的流动？ ——注射、挤出、吹塑、模压和压延要求不同流变性能的高分子熔体 加工成型设备不同、加工工艺的改变，使高分子流体表现出复杂的流变行为 对不同设备的流道、口模或模具形状进行归纳发现： 流动的截面形状都比较简单：如圆形、环形、狭缝、矩形、梯形或椭圆形等等 高分子流体在经过成型加工设备中的各种流道的会发生哪些变化？ 压力降和速度变化 一方面：高分子流体层间的粘滞阻力及与管道的