聚合物在模孔中的相变流动与传热研究
水下切粒是目前国际上最为先进的聚合物造粒技术，其切粒模板性能的好坏是决定挤出造粒机组性能的关键因素之一，然而，以往性能优良的先进切粒模板大多数被少数几个外国公司所垄断，我国大型石油化工中应用的模板长期依赖于进口，严重制约了乙烯工业的发展。开发拥有自主知识产权的水下切粒大型模板，打破技术封锁和垄断，具有重要意义。
研究切粒模板中的聚合物流动与传热行为，揭示聚合物在模孔中的流动与传热规律，为切粒模板的结构设计和优化、性能评估和操作调节奠定坚实的理论基础，具有较为重要的科学意义和现实意义。
基于上述原因，本论文以水下切粒模板中的聚合物在模孔中的流动与传热过程为研究对象，开展了如下研究：
(1)建立聚合物在模孔中的流动与传热数学模型，考虑聚合物的非牛顿流变特性，在FLUENT平台上进行数值求解，获得水下切粒模板工作条件下的速度场、温度场、压力场和聚合物凝固组分场等流体力学和传热学状态参数；
(2)研究不同导热油通道形式对聚合物在模孔中的流动与传热过程的影响；
(3)研究不同聚合物入口流量、入口温度、切粒冷却水温度、导热油流量等操作条件对聚合物在模孔中的流动与传热过程的影响；
(4)研究切粒模板切粒层导热系数对聚合物在模孔中的流动与传热过程的影响；
(5)研究聚合物流变特性对聚合物在模孔中的流动与传热过程的影响。
通过研究，获得如下主要几点结论：
(1)聚合物液体体积分数和流动压力损失与模板温度密切相关。聚合物液体体积分数随着模板的温度升高而增大，聚合物压力损失随着模板温度升高而减少。
(2)导热油通道结构、边界条件、切粒面导热系数影响模板温度。导热油流动截面积越大、聚合物进口温度越高、导热油流量越大、聚合物进口流量越大，都将导致模板温度越高。切粒面导热系数越高，将导致模板温度越低。
(3)聚合物非牛顿流变特性对模板温度影响有限，但对聚合物凝固相变及其流动压力损失有显著影响。聚合物流变幂率指数和稠度指数越大，聚合物液体体积分数越小，从而也将导致聚合物压力损失越大。
通过上述研究，揭示了聚合物在模孔中的流动与传热本质，分析和总结了影响聚合物流动与传热行为的关键因素，为具有自主知识产权的大型水下切粒模板国产化工作奠定了一定的理论基础，为切粒模板的结构设计和优化、性能评估和操作调节等基础理论做了一点有益探索。
水下切粒;聚合物造粒;模板性能;传热行为;结构设计;相变流动;数学模型
北京化工大学
博士
化工过程机械
王奎升;卢涛
2010
中文
TK124
95
2010-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）