《聚合物成型原理与工艺》课程教学资源（PPT课件）第一篇 聚合物加工的理论基础 第三章 聚合物液体在管和槽中的流动

第三章聚合物液体在管和槽中的流动聚合物可以采用各种各样的加工方式，如：注射、挤出、吹塑、模压或压延等。尽管加工与成型设备种类繁多，结构复杂但这些设备的流道，口模或模具的形状仍是由一些截面形状简单（如圆形、环形、狭缝、矩形、梯形及椭圆形等）的管道所构成。圆形与狭缝形管道

第三章 聚合物液体在管和槽中的流动 聚合物可以采用各种各样的加工方式，如： 注射、挤出、吹塑、模压或压延等。 尽管加工与成型设备种类繁多，结构复杂， 但这些设备的流道，口模或模具的形状仍是由一 些截面形状简单(如圆形、环形、狭缝、矩形、梯 形及椭圆形等)的管道所构成。 圆形与狭缝形管道

聚合物流动方式的分类1.按外力作用方式分类压力流动1一聚合物液体在圆形管道中因受压特点：只受剪切力，粘度高，力作用而产生的流动。稳定流动，只有压力降。收敛流动聚合物在截面尺寸逐渐变小的锥形管道中的流动。特点：剪切力和拉伸力作用。拖电流动一一如果液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，而聚合物随管特点：压力降及流速道和口模的运动部分而运动。分布受运动部分的影响

聚合物流动方式的分类 1. 按外力作用方式分类 压力流动——聚合物液体在圆形管道中因受压 力作用而产生的流动。特点：只受剪切力，粘度高， 稳定流动，只有压力降。 收敛流动——聚合物在截面尺寸逐渐变小的锥 形管道中的流动。特点：剪切力和拉伸力作用。 拖曳流动——如果液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，而聚合物随管 道和口模的运动部分而运动。特点：压力降及流速 分布受运动部分的影响

2.按流动方向分类一维流动速度只在一个方向上变化即垂直于流动的方向。如圆管、宽平行板狭缝口模、间隙小的环形口模春二维流动一管道断面上各点的流动速度均垂直于流动的方向。如矩形口模、椭圆形口模。三维流动一在锥形或收缩管道中流动时速度既有沿垂直流动方向的运动，也有沿流动方尚的流动。如收敛流动

2. 按流动方向分类 一维流动——速度只在一个方向上变化， 即垂直于流动的方向。如圆管、宽平行板狭缝 口模、间隙小的环形口模。 二维流动——管道断面上各点的流动速度 均垂直于流动的方向。如矩形口模、椭圆形口 模。 三维流动——在锥形或收缩管道中流动时， 速度既有沿垂直流动方向的运动，也有沿流动 方向的流动。如收敛流动

第一节在简单几何形状管道内聚合物液体的流动聚合物液体的流变行为很复杂，所受的影响因素很多：聚合物体积可压缩一一密度将发生变化（Vf的存在）；在高剪切作用下，液体在管壁处会产生滑动粘度变化；流道各处温度不同（粘度、密度、流速、体积流率等变化）

第一节 在简单几何形状管道 内聚合物液体的流动 聚合物液体的流变行为很复杂，所受的影响 因素很多： 聚合物体积可压缩——密度将发生变化（Vf 的存在）； 在高剪切作用下，液体在管壁处会产生滑 动——粘度变化； 流道各处温度不同（粘度、密度、流速、体 积流率等变化）

但大多数聚合物的粘度很高，雷诺准数不大，为简化分析计算过程，进行四个假设：(1)液体不可压缩(2)等温流动(3)管壁处无滑移（4）粘度不随时间变化实践证明假设可行，影响不大

但大多数聚合物的粘度很高，雷诺 准数不大，为简化分析计算过程，进行 四个假设： （1）液体不可压缩 （2）等温流动 （3）管壁处无滑移 （4）粘度不随时间变化 实践证明假设可行，影响不大

一、聚合物液体在圆管中的流动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是很多加工和成型设备中最常用的通道形式。如注射设备的喷嘴、浇口或流道，挤出机机头通道或口模以及纤维纺丝的喷丝板孔道等大多采用圆形截面。在简单圆管中液体通常在压力作用下只产生一维剪切流动

一、聚合物液体在圆管中的流动 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是很多加 工和成型设备中最常用的通道形式。 如注射设备的喷嘴、浇口或流道，挤 出机机头通道或口模以及纤维纺丝的喷 丝板孔道等大多采用圆形截面。 在简单圆管中液体通常在压力作用下 只产生一维剪切流动

()牛顿液体在简单圆管中的流动TAP液柱单元受力分析：PPA向B流动，有压力降HH2ZBF1：自A向B流动的推力Fi上F2：粘滞作用阻力：F3：外侧剪切流动阻力

（一）牛顿液体在简单圆管中的流动 液柱单元受力分析： A向B流动，有压力降 F1：自A向B流动的推力 F2：粘滞作用阻力； F3：外侧剪切流动阻力

P'-APPP丽酒A剪应力F.R2.x1ZRFFd!#店稳态流动时ZF=F+F+F=0E即：r?p'- r?(P'- △P)- 2πrt,dl = 0rAp整理得：IDT2L管中心处r=0时，T=0RAPrtr即管壁处r=R时TRRTR2L说明：莫剪应力在液体中的分布与半径r成正比

稳态流动时 即： 整理得： 管中心处r=0时，τ=0 管壁处r=R时， 即 说明：剪应力在液体中的分布与半径r成正比。  F = F1 + F2 + F3 = 0 ( ) 2 0 2 2 r P−r P−P − r r dl = ( ) 2 dl r P r    = L r P r 2   = L R P R 2   = R r R r =   剪应力

剪应力分布剪应力分布

剪应力分布

流速v7牛顿流体满足方程uR△P则dy = dyTR2Lu△P(R?APdyrdr :2μLJR4μL

流速v 牛顿流体满足方程 则    = • dv dr   = − L P R r rdr L P v dv r R v  4 ( ) 2 2 2 0  − =  = = −   L R P R 2   =