考研化学聚合物液体在管和槽中的流动公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 聚合物液体在管和槽中流动,加工过程中主要流动方式（按受力分）：,压力流动,：在简朴形状管道中因受压力作用而产生流动。,；,收敛流动,：在截面积逐步减小流道中流动。,；,拖曳流动,：在含有部分动件流道中流动。,第1页,第1页,按速度方向分类：,一维流动：,二维流动：,三维流动,层流,湍流,稳定流动,不稳定流动,剪切流动,拉伸流动,等温流动,非等温流动,其它分类方式：,第2页,第2页,第一节 在简朴几何形状管道内聚合物液体流动,基本假设,:,液体不可压缩,;,流动是等温,稳态一维层流,;,在管壁处无滑动,;,流体粘度不随时间改变,;,流动过程中,其它性质不变。,第3页,第3页,一、聚合物液体在圆管中流动,含有均匀圆形截面且沿管轴方向半径保持恒定圆形管道，是加工和成型设备中最常采用通道形式。形状简朴，容易加工。在圆管中液体在压力作用下只产生,一维剪切流动,。,第4页,第4页,1.,牛顿液体在,简朴,圆管中流动,第5页,第5页,剪应力分布与半径成正比，并呈直线关系。,r=0,，,r=R,，,最大值,第6页,第6页,最大值,速度分布含有抛物线形，等速线为一些同心圆。,第7页,第7页,容积流动速率,（流率，单位时间内流出聚合物）,第8页,第8页,2.,非牛顿液体在简朴圆管中流动,第9页,第9页,剪应力与半径成正比，分布呈直线：,速度分布与,n,相关：,牛顿流体,(n=1),，抛物线形；,假塑性流体,(n1),，较为陡峭，,n,愈大愈靠近锥形。,第10页,第10页,*,宾汉液体有明显柱塞流动特性,*,柱塞流动混合效果不如抛物线形流动（剪切大，扰动）,第11页,第11页,3.,圆管中实际流动,（,1,）有边界滑移流动,v,R,0,，实际流速,计算值,分子量分级效应,：低分子量级分,管壁,高分子量级分,中心,（,2,）非等温流动,摩擦生热：管壁处最大，中心部分最小,因压力降而膨胀,耗,热：,液体膨胀率中心最大，,中心冷却不小于管壁。,因此,摩擦和膨胀共同结果使中心区域温度减少，管壁区域温度升高,。,第12页,第12页,二、聚合物液体在狭缝通道中档温流动,狭缝通道是指厚度比宽度小得多通道。,比如：挤出板材和薄片平直口模,外径靠近内径环形口模,压力作用下一维剪切流动,请同窗们自学聚合物在狭缝通道中剪应力分布、流速分布、流率计算。,第13页,第13页,三、聚合物收敛流动和拖曳流动,粘性聚合物能随管道运动部分移动称为拖曳流动，因此,液体总流动是拖曳流动和压力流动总和。,1.,拖曳流动,举例阐明：,例,1,挤出线缆包复物口模中拖曳流动,只沿,z,向流动，是一维流动,例,2,挤出机螺杆槽中拖曳流动,矩形通道，螺杆旋转，是二维或三维流动,第14页,第14页,第15页,第15页,第16页,第16页,(1),管道中收敛流动,流线收敛角,管道忽然减小,大扰动和压力降,办法：有一定锥度管道（圆锥形、楔形）,收敛流动最大流速在管道最小截面处。,2.,收敛流动,第17页,第17页,(2),拉伸流动,拉伸流动是粘弹性聚合物熔体从任何形式管道中流出并受外力拉伸产生收敛流动，因拉应力而产生,非克制性拉伸作用,。,拉伸流动收敛角远小于锥形管道收敛角。,第18页,第18页,：拉伸粘度,低应力下，不依赖,，,=3,不随,改变,高应力下，拉伸变稀,拉伸变硬,大多数聚合物,第19页,第19页,小结：三种流动速度分布比较,类型,径向,轴向,图示,压力流动,抛物线形或柱塞形,中心最大管壁最小,无速度梯度,收敛流动,抛物线形或柱塞形中心最大管壁最小,最小截面处最大最大截面处最小,拉伸流动,无速度梯度,最小截面处最大最大截面处最小,第20页,第20页,第二节 聚合物液体流动过程弹性行为,一、端末效应,定义,：管子进口端与出口端与聚合物液体弹性行为相关现象称为端末效应。,包括,入口效应和模口膨化效应（离模膨胀效应）。,第21页,第21页,1.,入口效应,入口效应范围：,L,e,/D,入口效应区域产生,压力降很大,，原因有两个方面：,以收敛流动方式进入小管时，为保持恒定流率，只能增大流速，因此要消耗更多能量。,收敛流动中大分子沿流动方向伸展取向，这种高弹形变需克服分子内和分子间作用也要消耗一定能量。,修正流率,-,压力降方程,：将入口端压力降当作是与某一“相称长度”管子所引起压力降相等，常,以,L+3D,代替方程中,L,。,第22页,第22页,2.,离模膨胀效应,膨胀比：,D,f,/D,膨胀效应机理,：是液体流动过程中弹性行为反应。,L,e,段收敛流动,拉伸弹性应变,Y,向收缩,L,s,段剪切流动剪切弹性形变,Y,向涨大,若,L,s,很大，入口效应引起应变得到松弛，,L,s,段弹性能是主要原因。,若,L,s,很小，,入口效应引起应变得不到松弛，入口效应弹性能是主要原因。,第23页,第23页,3.,影响端末效应原因,但凡造成流动中弹性成份增长原因都使端末效应变得严重。,聚合物性质,分子量,，,分布窄，,弹性模量,膨胀,应力或应变速率,（临界值）,膨胀,温度,临界剪切速率下，,T,膨胀,管道几何形状 D，L/D，膨胀,界面几何形状不同管道在不同方向膨胀也有差异。,第24页,第24页,二、不稳定流动和熔体破裂现象,定义,：低应力下牛顿流动中各种原因引起小扰动容易克制，而高应力时液体中扰动难以克制，易发展成不稳定流动，引起熔体破裂。,出现熔体破裂时应力或剪切速率称为临界应力和临界剪切速率。,第25页,第25页,第26页,第26页,1.,产生熔体破裂原因,液体流动时在,管壁上出现滑移和液体中弹性回复。,滑移,-,流速增长,-,应力平衡破坏,液体剪切历史差别,，也许引起极不一致弹性回复。,熔体破裂现象是聚合物液体产生弹性应变与弹性回复总结果，是一个整表达象。,第27页,第27页,2.,影响不稳定流动原因,聚合物性质,非牛顿性强聚合物，入口区域和管子中流动时剪切作用是主要原因；,非牛顿性弱聚合物，流动历史差别是主要原因。,临界剪应力和临界剪切速率,分子量,，,分布窄，,c,非牛顿性愈强，弹性行为愈突出,c,T,c,管道几何形状,，,L/D,，流道表面流线型化,c,第28页,第28页,3.,鲨鱼皮症,特点是在挤出物表面形成诸多细微皱纹，人字形、鱼鳞状或鲨鱼皮状。,原因是熔体在管壁上滑移和熔体挤出管口时口模对挤出物产生拉伸作用。,是一个较轻微表层不稳定流动。,第29页,第29页,第三节 聚合物液体流动性测量办法,用于测定聚合物流变性质仪器称为流变仪或粘度计。最广泛有,毛细管粘度计,（,10,-1,10,6,秒,-1,，与加工条件靠近），旋转粘度计，落球粘度计和锥板粘度计。,请同窗们自学各种粘度计工作原理和测量办法。,第30页,第30页,思考题：,1.聚合物液体在圆管中流动时，试分析剪切应力、剪切应变速率和流速分布特点。,（作业题）,2.,比较压力流动、收敛流动和拉伸流动中受力情况和速度分布。,（作业题）,3.聚合物熔体在流动过程中有哪些弹性表现？在成型过程中可采用哪些办法以减少弹性表现对制品质量不良影响？,第31页,第31页,计算题：,1.,一个聚合物熔体在,3MPa,压力降作用下通过直径,2mm,、长,8mm,等截面圆形管道时，测得体积流率为,0.054cm,3,/s,，若该聚合物熔体流变行为同于牛顿型流体，求管壁处最大剪切应力、剪切速率和牛顿粘度。,2.,一聚合物熔体以,1MPa,压力降通过直径,2mm,、长,8mm,等截面圆管时测得,体积流率为,0.05cm,3,/s,，在温度不变情况下以,5MPa,压力降测试时体积流率增大到,0.5cm,3,/s,，试从以上测试结果分析该熔体在圆管中流动是牛顿型还是非牛顿型。,第32页,第32页,