微纳层叠聚丙烯腈凝胶流动特性的数值模拟研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.07.013

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (7): 74-79.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.07.013

微纳层叠聚丙烯腈凝胶流动特性的数值模拟研究

盛天阳¹, 谭晶¹^,², 张政和¹, 高晓东¹, 于景超¹, 程礼盛¹^,²(), 杨卫民¹^,²()

^1.北京化工大学机电工程学院，北京 100029
^2.有机无机复合材料国家重点实验室，北京 100029

收稿日期:2020-01-30 出版日期:2021-07-26 发布日期:2021-07-21
基金资助:
国家重点研发计划(2016YFB302000);国家自然科学基金面上项目(52073012)

Numerical Simulation of Polyacrylonitrile Gel Flow Characteristics in Laminated Runner

SHENG Tianyang¹, TAN Jing¹^,², ZHANG Zhenghe¹, GAO Xiaodong¹, YU Jingchao¹, CHENG Lisheng¹^,²(), YANG Weimin¹^,²()

^1.School of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.State Key Laboratory of Organic?Inorganic Composites，Beijing 100029，China

Received:2020-01-30 Online:2021-07-26 Published:2021-07-21
Contact: CHENG Lisheng,YANG Weimin E-mail:chengls@mail.buct.edu.cn;yangwm@ mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

建立了层叠流道的三维模型和有限元网格模型，根据流变测试数据，采用Polymat对物料的黏度模型参数进行拟合，并利用Polyflow软件对聚丙烯腈（PAN）凝胶在层叠流道内的三维等温流动过程进行了数值模拟分析。研究发现，当入口流量增大时，层叠流道出口速度的不均匀性增加；沿流动方向流道内压力逐渐降低，并在出口处降低至同一最低值；流道进出口压力差与入口流量大小具有正相关性；在流道的中心截面上剪切速率分布均匀，波动较小。

关键词: 聚丙烯腈, 原丝, 凝胶, 微纳层叠, Polyflow软件, 数值模拟

Abstract:

A 3D and finite element mesh model of flow channel was established， and then Polymat was used to fit the parameters of the material according to the rheological test results. The Polyflow software was used to analyze the numerical simulation of the 3D isothermal flow process of polyacrylonitrile gel in a channel. The results indicated that the outlet velocity of the channel was more uneven as the inlet flow increased. The pressure in the channel gradually decreased along the flow direction and decreases down to the same minimum value at the outlet. The inlet and outlet pressure difference of the channel has a positive correlation with the inlet flow rate. The shear rate was uniformly distributed on the central section of the channel under a small fluctuation range.

Key words: polyacrylonitrile, precursor, gel, microlayer co?extrusion, Polyflow software, numerical simulation

中图分类号:

TQ325.8

盛天阳, 谭晶, 张政和, 高晓东, 于景超, 程礼盛, 杨卫民. 微纳层叠聚丙烯腈凝胶流动特性的数值模拟研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 74-79.

SHENG Tianyang, TAN Jing, ZHANG Zhenghe, GAO Xiaodong, YU Jingchao, CHENG Lisheng, YANG Weimin. Numerical Simulation of Polyacrylonitrile Gel Flow Characteristics in Laminated Runner[J]. China Plastics, 2021, 35(7): 74-79.

图/表 11

图1 层叠单元流道几何模型和尺寸参数

Fig.1 Geometry model and size parameters of the runner

图2 有限元网格模型

Fig.2 Finite element mesh model

图3 凝胶黏度?剪切速率曲线

Fig.3 Viscosity?shear rate curve of the gel

n	λ/s	η₀/Pa·s	η_∞/Pa·s
3.7×10^-7	5.2×10^-2	77.6	1.5×10^-5

表1 物料参数

Tab.1 Material parameters

图4 不同入口流量时流道内速度分布云图

Fig.4 Cloud diagram of velocity distribution in the runner at different inlet flows

图5 沿流动方向流道截面积变化曲线

Fig.5 Curve of cross?sectional area along the flow direction

图6 不同入口流量下每层流道出口截面对角线速度分布

Fig.6 Velocity distribution of each layer in the runner under different inlet flow

图7 不同入口流量时流道内的压力分布云图

Fig.7 Cloud diagram of pressure distribution in runner at different inlet flow

图8 不同入口流量时流道内的压力差

Fig.8 Pressure difference in the runner at different inlet flow

图9 层叠流道中心截面位置示意图

Fig.9 Schematic diagram of the position on the center section in the runner

图10 不同入口流量时层叠流道中心截面剪切速率分布云图

Fig.10 Cloud diagram of shear rate distribution in the central section of the runner at different inlet flow

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