蓋世汽車訊 在生產(chǎn)輪胎等過(guò)程中，利用齒輪泵進(jìn)行擠出，必須保持較低的溫度。如果溫度過(guò)高，材料性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，如變得僵硬、流動(dòng)性不足，從而堵塞泵體。據(jù)外媒報(bào)道，埃因霍溫科技大學(xué)（Eindhoven University of Technology）的博士生Vincent de Bie開(kāi)發(fā)了一種數(shù)字模擬方法，以進(jìn)一步了解和預(yù)測(cè)流體性質(zhì)產(chǎn)生的影響。這使通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)試驗(yàn)這種制造工藝變得更容易，減少了制造氣密性輪胎所需加工的材料量。

（圖片來(lái)源：埃因霍溫科技大學(xué)）

擠出（extrusion）是一種大批量生產(chǎn)工藝，用于食品、混凝土、金屬和聚合物等材料。在片膜擠出過(guò)程中，通常擠出的是具有高寬高比的帶材，可用于生產(chǎn)汽車輪胎等。

有時(shí)會(huì)在擠出系統(tǒng)中增加一個(gè)外齒輪泵，以提高泵送能力。使用這種泵的缺點(diǎn)是，其輸出經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)。De Bie通過(guò)有限元方法，對(duì)處理高粘度流體的外齒輪泵進(jìn)行數(shù)值研究。結(jié)果觀察到，除了齒輪幾何形狀外，流體性質(zhì)對(duì)泵的輸出有很大影響。

泵輸出波動(dòng)（Fluctuation in the output of pumps）

在外齒輪泵中，齒輪分離產(chǎn)生真空，從而將流體吸入這一空間。當(dāng)齒間容積被泵外殼封閉時(shí)，流體被困在其中，并被輸送至齒輪的另一邊。由于齒輪交互重疊，流體被推進(jìn)外部齒輪泵。流體通常被推過(guò)一個(gè)狹窄的?？冢虼嗽诔隹谔幗?jīng)常觀察到高壓現(xiàn)象。許多研究表明，泵輸出存在波動(dòng)性。

這種所謂的波紋（ripple）主要是齒輪幾何形狀的結(jié)果，其頻率與齒輪的齒數(shù)有關(guān)。顯而易見(jiàn)，輸出中存在波紋是不理想的，這會(huì)導(dǎo)致擠出過(guò)程中的尺寸不一致。有幾項(xiàng)研究試圖數(shù)字預(yù)測(cè)波紋。然而，大多數(shù)研究考量的是牛頓流體和湍流。在聚合物擠出過(guò)程中，通常呈層流狀態(tài)，流體的性質(zhì)取決于變形率、壓力和/或溫度。

De Bie的研究目標(biāo)是，對(duì)外齒輪泵的高粘度流體進(jìn)行流體流動(dòng)模擬。其使用有限元方法開(kāi)發(fā)了一種數(shù)值模擬，其中的流體模型可以改變。該研究團(tuán)隊(duì)希望了解流體性質(zhì)對(duì)波紋和泵效率的影響，因此研究了流體性質(zhì)中變形率、壓力和溫度依賴性產(chǎn)生的影響。

為了能在汽車工業(yè)中應(yīng)用這種模擬，甚至還模擬了橡膠的反應(yīng)過(guò)程，即硫化?，F(xiàn)在，可以觀察到橡膠擠出過(guò)程中的局部（預(yù)）硫化。對(duì)于這些固化流體而言，應(yīng)盡可能縮短其在泵中的停留時(shí)間。因此，也可以使用對(duì)流方程或通過(guò)粒子跟蹤，來(lái)跟蹤停留時(shí)間。

周期性接觸釋放（Periodic release of contact）

研究人員通過(guò)二維數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外齒輪泵的轉(zhuǎn)速較低，流體粘度較差，且存在高壓差時(shí)，泵的效率會(huì)下降。此外，在外齒輪泵的入口通道中，還觀察到具有高停留時(shí)間的意外區(qū)域。

然而，由于泵的軸向間隙通常非常窄，通過(guò)增加第三維獲得的額外信息是有限的。如果將其中一個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)速作為未知數(shù)添加到模擬中，那么本項(xiàng)目中研究的大多數(shù)粘性流體，都可以觀察到周期性接觸釋放。對(duì)兩種三元乙丙橡膠（EPDM）進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，在材料性質(zhì)中，剪切速率、溫度和壓力依賴性，對(duì)于獲得可接受的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是必不可少的。

通過(guò)這項(xiàng)研究，De Bie進(jìn)一步了解流體性質(zhì)如何影響外齒輪泵的輸出。未來(lái)幾年，將在輸出預(yù)測(cè)和計(jì)算時(shí)間方面，對(duì)目前的數(shù)值模擬進(jìn)行改進(jìn)。這需要對(duì)各種材料進(jìn)行驗(yàn)證，以便確定哪種流體、當(dāng)前模擬的充足程度，以及何時(shí)需要擴(kuò)展。

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁(yè) >