2.1 聚合物流体在圆管状管道中的流动特征.pdfVIP

第二章 聚合物流体在管和槽中的流动 2.1 ... 聚合物流体在圆管状管道中的流动特征 第一节 在简单几何形状：管状管道内 聚合物流体的流动 加工与成型设备的流道，口模或模具由—些截面形状简单 的管道所构成。 加工过程中聚合物流经通道形式： ➢简单形状的管道中通过； ➢复合形状管道中通过。 极限简单的情况：均匀圆形与狭缝形管道 狭缝口模 其它管道：可看作这两种极端情况的组合。 在简单几何形状管道内聚合物流体的流动 聚合物在管道中的流动形式： ⚫ 压力流动 聚合物流体在圆形等简单形状管道中因受压力 作用而产生的流动。 （剪切作用） ⚫ 收敛流动 聚合物在具有截面尺寸逐渐变小的锥形管或其 它形状管道中的流动。 （剪切作用、拉伸作用） ⚫ 拖曳流动 流体流动的管道或口模的一部分能以一定速度 和规律进行运动(相对于静止的部分) ，则聚合物将随管道或 口模的运动部分而移动，称聚合物这种移动为拖曳流动。 （剪切作用） （比如螺杆挤出） 管道中的流动分析和计算复杂性： 聚合物流体中存在自由体积，有压缩率； 高剪切速率下流体在管壁上会产生滑动； 流道各部分可能存在温度与其他性质的不均匀性。 稳态层流流动的聚合物流体假设条件： ➢流体为不可压缩的； ➢流动是等温过程； ➢流体在管道壁面不产生滑动(即壁面速度等于零) ； ➢流体粘度不随时间变化，管道流动全过程中其它性质不变。 一、聚合物流体在圆管中的流动 圆管：具有均匀圆形截面且沿管轴方向半径均保持恒定的简 单圆形管道。 (一)牛顿流体在简单圆管中的流动 1、圆管形流道特点 ➢是加工和成型设备中最常采用的通道形式 ➢圆形管道形状简单，容易制造加工； ➢在简单圆管中流体通常在压力作用下只产生一维剪切流动。 2、流动力学状态分析 液柱外侧表面 由于剪切作用 产生的阻力 推动液柱单 元由A 向B端 移动的推力 和F1方向相反作用 于液柱单元另一端 的阻力 简单圆管中流动流体的受力分析 聚合物流体受外力P作用在半径R和长度L水平圆管中作稳态流动; 克服流动阻力后: 推动流动流体的压力也沿ZA －ZB方向由P降低到P ; 0 液柱单元两端的压力由P降低到P-ΔP。 (1)剪应力 牛顿流体在圆管中的流动 稳态层流: F ＝F + F + F ＝0 1 2 3 2  2 (  ) （2-1） r  −r  − − 2r dl 0 r 压力梯度 液柱表面 整理： 剪切力  r  （2-2） r   2  dl 