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泡沫铝气泡长大动力学

中国有色金属学报 2006年第12期16卷 2040-2046页

作者：左孝青潘晓亮高芝昆明理工大学材料与冶金工程学院昆明650093

利用海岛模型导出金属流体中气泡长大的连续性方程、运动方程和扩散质量守恒方程,与气泡表面的质量守恒、西华特定律和理想气体状态方程构成气泡长大动力学方程组,在确定粘度、扩散系数和表面张力以及忽略部分惯性力的基础上,对动力学... 详细信息

利用海岛模型导出金属流体中气泡长大的连续性方程、运动方程和扩散质量守恒方程,与气泡表面的质量守恒、西华特定律和理想气体状态方程构成气泡长大动力学方程组,在确定粘度、扩散系数和表面张力以及忽略部分惯性力的基础上,对动力学方程组进行了求解,得到金属流体中气泡长大动力学方程,可用于描述泡沫铝气泡长大过程中时间、温度、第二相质量分数及压强各参数对气泡半径变化的影响,是金属流体中气泡演变过程动力学的首次理论描述。

关键词：泡沫铝海岛模型金属流体动力学气泡长大

聚丙烯/CO_2微孔发泡气泡长大过程的数值模拟

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高分子材料科学与工程 2013年第4期29卷 169-172,177页

作者：严庆光范金千承辉吉林大学材料科学与工程学院吉林大学仪器科学与电气工程学院吉林长春130022

假设聚丙烯/超临界CO2微孔发泡气泡长大为等温过程,结合动量方程、质量方程、扩散方程以及本构方程建立了气泡长大问题的数学模型。利用可视化间歇发泡实验结果对模型进行了验证,研究了初始气泡大小、形核密度、饱和压力、压强降速率和... 详细信息

假设聚丙烯/超临界CO2微孔发泡气泡长大为等温过程,结合动量方程、质量方程、扩散方程以及本构方程建立了气泡长大问题的数学模型。利用可视化间歇发泡实验结果对模型进行了验证,研究了初始气泡大小、形核密度、饱和压力、压强降速率和聚合物粘弹性对气泡长大的影响。结果表明,形核密度的增加、饱和压力和压强降的降低都会阻碍气泡的长大。当松弛时间足够短时,气泡长大速度回减慢,而且在后期气泡会发生收缩。气泡初始大小对气泡初始长大过程有影响,但和最终平衡值无关。

关键词：高聚物工业微孔发泡气泡长大数值模拟

微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的气泡长大过程的动态演变

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塑料工业 2020年第9期48卷 80-84页

作者：于盛睿张天锋徐磊黄志高韩文周华民景德镇陶瓷大学机电工程学院江西景德镇333403 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074

微孔发泡模内表面装饰复合成型是将微孔发泡注射成型与模内表面装饰复合成型的新工艺,与常规微孔发泡注射成型相比,由于覆膜的嵌入在模具型腔内产生非平衡的差异性成型条件,使得该工艺的气泡形态结构演变与分布发生重大改变。为了研究... 详细信息

微孔发泡模内表面装饰复合成型是将微孔发泡注射成型与模内表面装饰复合成型的新工艺,与常规微孔发泡注射成型相比,由于覆膜的嵌入在模具型腔内产生非平衡的差异性成型条件,使得该工艺的气泡形态结构演变与分布发生重大改变。为了研究覆膜与模具型腔内壁差异性成型条件下,该工艺中的气泡形态与分布在长大过程的动态演变及其影响规律,以典型的拉伸试验样条为例,采用数值模拟的方法,通过对比分析不同阶段泡孔长大情况,研究不同阶段的泡孔长大过程,揭示泡孔长大演变规律,为产品泡孔结构的优化调控提供理论基础与方法途径。结果表明,微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的气泡长大演变过程分为不对称熔体流动、充填长大和变形、冷却长大和定型三个阶段;在冷却长大定型阶段,气泡长大发生差异,由于“滞热”现象的存在导致覆膜侧比未覆膜侧气泡大;抑制或者消除气泡在冷却阶段中的长大,对提升微孔发泡模内表面装饰复合成型泡孔质量具有重要意义。

关键词：注射成型微孔发泡模内表面装饰气泡长大动态演变

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微孔塑料挤出成型中气泡长大过程的数值模拟

塑料科技 2009年第3期37卷 67-70页

作者：麻向军黄晨华南理工大学聚合物成型加工工程教育部重点实验室聚合物新型成型装备国家工程研究中心广东广州510640

选用广义牛顿流体等温条件下气泡长大的细胞模型,并利用Polyflow软件的用户自定义模块编制发泡成型口模中泡孔半径及熔体密度的计算模块,可实现微孔塑料挤出口模中气泡长大过程的数值模拟。

关键词：超临界CO2 气泡长大可压缩流体广义牛顿流体数值模拟

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聚合物微孔发泡气泡长大理论的研究

聚合物微孔发泡气泡长大理论的研究

作者：范金吉林大学

学位级别：硕士

微孔塑料由于高密度、小尺寸的泡孔形态具有传统发泡材料不具备的优异机械性能，同时还有良好的隔音减震性能、很低的导电系数和热导率，可在包装材料、汽车、航空、运动器材、保温绝缘材料、生物医学材料，微电子等领域得到广阔应用。... 详细信息

微孔塑料由于高密度、小尺寸的泡孔形态具有传统发泡材料不具备的优异机械性能，同时还有良好的隔音减震性能、很低的导电系数和热导率，可在包装材料、汽车、航空、运动器材、保温绝缘材料、生物医学材料，微电子等领域得到广阔应用。发泡材料的性能和泡孔形态密切相关，而在发泡过程中，气泡长大过程直接影响着最终的泡孔形态。然而，气泡长大过程和很多因素有关，导致制品泡孔形态无法得到有效控制。研究微孔发泡气泡长大理论对于泡孔结构的控制、材料性能的优化和发泡工艺改进有着很重要的意义。本文以细胞模型为基础，结合动量方程、质量方程、扩散方程以及本构方程建立气泡长大问题的数学模型。采用扩散方程计算气体的浓度分布。使用上随体麦克斯韦方程描述聚合物的流变性质。采用有限体积法对扩散方程进行离散，建立控制方程数值算法，并通过MATLAB编制程序实现对气泡长大过程的模拟。假设气泡长大为等温过程，以PP/CO系统为例，对气泡等温长大机理进行研究。将可视化间歇发泡实验结果和模拟结果对比，验证了模型和算法的有效性。分析了气泡长大过程中气体浓度的变化和气泡长大速度的变化，发现气体扩散是气泡长大的驱动力，气泡表面气体浓度的降低导致气泡长大速度减慢。研究了不同参数对气泡等温长大的影响规律。气泡初始大小对气泡初始长大有影响，但是与最终平衡值无关。泡核密度的增加会抑制气泡的长大，气泡尺寸很快到达平衡值且其值较小。扩散系数和亨利系数的增大对气泡长大有明显的促进作用，然而表面张力和松弛时间对长大过程影响较小。饱和压力和压强降速率的增大都会促进气泡的长大。针对气泡非等温长大过程，假设熔体以一定速度冷却，考虑温度的变化对系统性质的影响，引入材料性质关于温度的数学模型，建立气泡非等温长大模型和算法。以PS/CO系统为例，模拟了气泡非等温长大过程，对冷却过程中不同材料性质的变化对气泡长大的影响进行了研究。结果表明：与等温长大相比，冷却过程中亨利系数的增大和扩散系数的减小是减缓气泡长大速率的主要因素。尽管在冷却过程中，熔体黏度变化很大，但在气泡长大的后期，黏度的增大对气泡长大的阻碍作用才开始显现。而表面张力对气泡长大的影响可以忽略。通过模拟和间歇发泡实验研究了冷却速度对气泡长大的影响，发现加快冷却速度会抑制气泡长大，防止气泡过度膨胀而导致气泡破裂合并，是获得高密度、小尺寸泡孔形态的泡沫塑料的有效途径。

关键词：泡沫塑料微孔发泡气泡长大数值模拟

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微孔发泡材料气泡长大与表面质量的数值预测

微孔发泡材料气泡长大与表面质量的数值预测

作者：高龙吉林大学

学位级别：硕士

相对于一般聚合物材料,微孔发泡材料内部小而致密的泡孔结构使其具有诸多优异的物理性能。而气泡的长大是获得理想泡孔结构的关键因素。数值模拟是研究气泡长大过程的一种有效手段。本文研究了气泡长大过程的数值计算、参数对气泡长大... 详细信息

相对于一般聚合物材料,微孔发泡材料内部小而致密的泡孔结构使其具有诸多优异的物理性能。而气泡的长大是获得理想泡孔结构的关键因素。数值模拟是研究气泡长大过程的一种有效手段。本文研究了气泡长大过程的数值计算、参数对气泡长大机理的影响以及数值计算在制品表面质量预测上的应用等问题。根据细胞模型,分别从动量传递、质量传递、聚合物流变状态三个方面建立气泡长大的控制方程,对相关控制方程从时间和空间上进行离散,利用MATLAB编写气泡长大程序。利用已建立的数值算法,研究了气泡长大的机理及其影响因素。通过将气泡生长速率曲线与气泡内外压差曲线、气泡表面浓度梯度曲线进行对比分析,发现气泡长大的主要驱动方式分别为动量传递和质量传递。且在气泡长大的不同阶段,二者所提供的驱动力大小亦有所差别。在气泡生长前期,动量传递是主要的驱动方式,到了中后期,质量传递开始主导气泡的长大过程。接下来研究了聚合物物性参数、工艺参数和数值模拟初始值对气泡长大的影响。通过对单一参数取不同值,模拟了气泡半径曲线、气泡生长速率曲线、气泡内外压差曲线和气泡表面浓度梯度曲线。前两类曲线用于观察气泡生长的动态过程,后两类曲线用来从机理上对气泡的长大行为进行分析。结果表明:表面张力和系统温度对气泡长大速率的影响较小,前者作用于动量传递过程,后者作用于质量传递过程;扩散系数、亨利系数的增大会显著促进质量传递过程,从而提高气泡的长大速率;系统初始压力和气泡初始半径的增大使气泡长大速率降低,但后者对气泡稳定后的尺寸基本无影响;泡核密度的增大降低了最终气泡尺寸,原因是提供单个气泡长大的气体量也随之下降。研究了微孔注塑制品表面粗糙度的形成原因,建立表面粗糙度计算模型,将气泡长大的数值算法与注塑CAE分析软件相结合实现了制品表面粗糙度的预测。利用正交试验方法,讨论了不同注塑工艺参数对微孔发泡制品表面质量的影响。结果表明,熔体压强和熔体填充速率的提高使制品的表面粗糙度明显降低,熔体温度和模具温度对表面粗糙度的影响则不明显。由于熔体压强在改善制品表面质量上效果最为显著,于是模拟了反压微发泡成型下单个气泡的长大过程。发现在保压阶段,气泡长大速率有所降低,结果使表面粗糙度下降。利用气泡内外压差曲线和表面浓度梯度曲线对其原因进行了分析,发现在保压阶段的气泡生长过程中,质量传递过程与常规微发泡成型基本无差别,但动量传递过程几乎不存在,致使气泡长大的驱动力减小,气泡长大速率降低。

关键词：微孔发泡气泡长大数值预测表面质量

微孔发泡中气泡长大机理及微孔注射成型的模拟研究

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微孔发泡中气泡长大机理及微孔注射成型的模拟研究

作者：王绘芳吉林大学

学位级别：硕士

微孔塑料中气泡尺寸小,大量气泡的存在可以减少材料的消耗,改善制品的力学性能。但由于微孔塑料的发泡过程较复杂其中,气泡的长大和稳定性阶段决定着微孔发泡塑料的最终性能。因此,对于微孔成型过程中气泡长大及稳定性机理研究是很有必... 详细信息

微孔塑料中气泡尺寸小,大量气泡的存在可以减少材料的消耗,改善制品的力学性能。但由于微孔塑料的发泡过程较复杂其中,气泡的长大和稳定性阶段决定着微孔发泡塑料的最终性能。因此,对于微孔成型过程中气泡长大及稳定性机理研究是很有必要的,它可以推动微孔发泡技术的发展。本文通过细胞模型与动量方程、质量方程、本构方程及扩散方程相结合来建立气泡长大过程的数学模型。在简化数值计算时,采用了拉格朗日坐标转换和有限体积法分别对控制方程进行转换及离散。在气泡长大数学模型的基础上,建立了气泡稳定性模型,并利用MATLAB软件编制仿真程序来模拟气泡的长大过程及其稳定性。将模拟数据与实验结果进行对比,证明了数值算法的有效性。以聚苯乙烯(PS)/超临界CO体系为例,利用已建立的数值算法来模拟分析不同工艺条件下气泡长大及稳定性规律。研究发现,温度的升高、压力的降低以及气体浓度的增加,都会使气泡的半径以及早期长大速率增大。其中,对气泡长大过程影响最大的是CO浓度,其次为压力,而温度的影响较小。增大压力、减小气体浓度,会使气泡的稳定性增大。而温度对气泡稳定性的影响较复杂,温度较低或较高,都会使气泡的稳定性时间缩短。其中,对气泡稳定性影响最大的为CO浓度,其次为压力,而温度的影响则较小。基于Moldflow软件来模拟微孔注射成型的充填和保压过程。研究发现,微孔发泡的充填过程包括两个阶段即熔体的填充阶段和发泡阶段。在填充阶段,压力逐渐增大,射出熔体量也随时间呈直线上升。在发泡阶段,压力会突然减小,气泡核快速长大,射出熔体量也相应减少。而保压过程主要是在熔体冷却收缩时补充少量的胶料,射出熔体量较少。另外,在成型过程研究的基础上,又对不同参数条件下最终微孔结构的变化规律进行了深入的探讨。研究发现,注射时间和发泡开始时体积增大都会使最终微孔尺寸减小。熔体温度对微孔半径的影响较大,当熔体温度逐渐增加时,最终泡孔半径也随之显著增大。微孔半径随着模具温度的升高呈线性增加,总的来说模具温度的影响较小。当气体浓度较小时,模具型腔内则会出现充填不完整的现象。当气体浓度较大时,微孔半径会随着气泡浓度的增加而增大。基于Moldflow软件对微孔注射成型中可能出现的缺陷进行模拟分析。研究发现,该制品的边界处出现一条熔接痕和较多数量的气穴。另外,制品的缩痕指数及残余应力也高出了要求值。为了改善制品中的这些缺陷,则通过正交实验找出这些缺陷质量最佳的工艺参数来对缺陷进行优化分析。运用均值和极差分析探讨了模具温度、熔体温度和注射时间对制品中的熔接痕、气穴、缩痕和残余应力的影响,并分别确定出这四种缺陷的最优的水平组合。在最佳工艺参数的基础上进行模拟研究发现,工艺参数的调整对熔接痕、缩痕及残余应力都有明显的改善,而对气穴的影响较小。

关键词：微孔发泡气泡长大数值预测注射成型制品缺陷

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气泡在幂律流体中长大过程的有限元数值模拟

高分子材料科学与工程 2009年第11期25卷 170-174页

作者：许星明赵国群李辉平秦升学山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室山东大学模具工程技术研究中心山东济南250061 山东科技大学机电学院山东青岛266510

针对幂律型流体,建立了气泡在有限聚合物熔体内长大过程的有限元模型。气泡内气体遵守理想气体定律,且气泡边界处发泡剂浓度与气泡内气体压强符合亨利定律。采用Galerkin方法对有限元控制方程进行求解,并编写了计算程序。采用隐式差分... 详细信息

针对幂律型流体,建立了气泡在有限聚合物熔体内长大过程的有限元模型。气泡内气体遵守理想气体定律,且气泡边界处发泡剂浓度与气泡内气体压强符合亨利定律。采用Galerkin方法对有限元控制方程进行求解,并编写了计算程序。采用隐式差分法对扩散方程中的时间导数项进行离散,确保了数值计算的稳定性。采用幂律型流体本构关系描述聚合物流变性质,计算了不同材料的物性参数和工艺参数对气泡长大过程的影响。

关键词：气泡长大幂律流体数值模拟有限元

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气泡在聚合物内长大过程的等温有限元模拟

高分子材料科学与工程 2010年第10期26卷 171-174页

作者：许星明赵国群李辉平山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室山东大学模具工程技术研究中心山东济南250061

针对气泡在聚合物熔体内的等温长大过程,建立了其几何模型和有限元模型;采用幂律型流体本构关系描述聚合物流变性质;对控制方程进行无量纲化处理,采用Galerkin方法对对流扩散有限元控制方程进行数值求解;采用隐式差分法对扩散方程中的... 详细信息

针对气泡在聚合物熔体内的等温长大过程,建立了其几何模型和有限元模型;采用幂律型流体本构关系描述聚合物流变性质;对控制方程进行无量纲化处理,采用Galerkin方法对对流扩散有限元控制方程进行数值求解;采用隐式差分法对扩散方程中的时间导数项进行离散,并在每个时间步进行网格重划分,确保计算结果的可靠性。计算获得了聚合物内发泡剂浓度分布规律及不同的特征无量纲量对气泡长大过程的影响。

关键词：气泡长大 “细胞”模型幂律流体有限元