材料假设(1)不可压缩性,假设在充模阶段熔体是不可压缩的,此时材料的密度不变,即v,并假设熔体前沿位置在厚度方向不变。(2)熔体是广义的牛顿流体,可以忽略材料的粘弹性效应。(3)熔体的比热和热传导率是常数,不随温度发生变化。流体力学假设(1)模腔厚度方向上的速度分量可以忽略不计,DwDt=0;压力在厚度方向上的变化也可忽略不计,pz=0.(2)熔体在型腔中的流动为蠕流,以粘滞力为主,惯性力和质量力可忽略不计。(3)
塑料熔体的粘度很大,粘性剪切应力远大于法向应力,法向应力对压力梯度的影响可以忽略不计。(4)在熔体与模壁接触处和熔体与凝固层接触处速度为零,此时z=±h.热传导假设(1)型腔内的流动以对流传热为主,忽略沿流动方向的热传导。另外,也经常忽略熔体在厚度方向上的对流传热。(2)熔体中不含热源。根据以上的假设和流变学的基本方程,可得到如下一组控制方程连续性方程根据不可压缩假设,连续性方程可简化为v=0(4)运动方程0=z(uz)-px(5)0=z(vz)-py(6)能量方程CpTt+uTx+vTy=2+k2Tz2(7)其中u、v分别表示x、y方向的速度分量,h为薄壁型腔厚度的一半。粘度采用修正Cross模型,须确认温度-压力曲线。(2)考虑不锈钢系配管3倍的伸缩对策,配备配管及阀类的支撑。(3)流体温度超过70℃,使用高压用夹具,并注意夹紧夹具。(4)耐药性超过硬质聚氯乙烯,但使用特殊添加剂、洗净剂时,必须确认其腐蚀性。(5)流体内混有固形物、淤浆时,有可能损伤管内表面,破坏透明性。日本PPSU系食品卫生配管的开发约3年,产品获得食品加工厂家一致好评。该类配管适合食品加工行业,更期待于将来在医药、生物、医疗等领域的应用。,其表达式为=01+0a1-n(8)式中:0=BeTb/TeP,a、B、Tb和为材料常数,Tb描述了零剪切粘度对温度的敏感度。数值求解在这里采用有限差分法求解能量方程来获得温度场分布,采用有限元法求解连续性方程和动量方程来获得压力场、速度场分布,采用控制体积法跟踪熔体流动前沿。压力场的有限元求解采用面积坐标线性三角形单元,单元内的压力P(e)可用线性插值表示P(e)(x,y)=∑3i=1NiPi(9)其中:Ni为面积坐标表示的线性插值函数,Pi为单元的3个节点压力值。采用Galerkin加权有限元法对压力场控制方程进行离散,由无渗透边界条件和入口边界条件,选择合理的形函数,使在流动前沿(w=0)并满足强制压力边界条件P=0,且P,w足够光滑,有余量R(P,w)=∫D(wS(P)P)da-∫-qwqintd1(10)式中w为加权函数,对于平面三角形单元,一般取wi=Ni,写成矩阵形式KaaKabKabKbbPf0=QfQm(11)其中为刚度矩阵,{P为节点压力向量,{Q为节点流率向量,相应边界条件:在流动前沿节点的压力为零,入口点的流率已知,已充满的节点静流率等于零。讨论(1)在充模阶段,熔体前沿喷泉流动占主导地位,改变了前沿区的速度分布,缩短了熔体与冷模壁的接触时间,使前沿区呈现出与浇口区、充分发展区不同的温度场与速度场。(2)熔体在浇注系统中的流动可看作是在圆管中的压力流动,该部分流动对模腔的入口压力、流率等有直接影响。实验证明,该模型较以前单纯考虑模腔内流动的计算结果更为准确。通过分析,掌握了模腔压力在充模阶段的变化规律,可为整个充模过程的控制机理提供理论依据,用来理论上判断充模过程的锁模力及模具强度校核;对温度场进行理论分析,掌握充模过程的温度分布,在生产上可以获得均匀一致分布的温度。避免较大的温差,减少制品的收缩和翘曲。1加工流程控制需使用温度计、pH计、导电率计、压力计、差压计、色差计、流量计、液面计等仪器,因此各食品加工厂家强烈要求开发透明管材。而欲取代不锈钢的塑料管材需具备下述特征:①透明性,②耐热性,③安全性,④耐药性,⑤机械强度好,⑥加工性能好。砜系树脂在塑料中占有重要地位,且满足上述所有条件。砜系树脂有三大类:聚苯砜树脂(PPSU)、聚砜树脂(PSF)和聚醚砜树脂(PESF),砜系树脂物性见表1。比较发现聚苯砜树脂更适合食品品加工用管材,日本率先开发出透明塑料系食品卫生配管。2透明PPSU食品卫生配管系统研究食品加工用配管材质,先从不锈钢存在的缺陷入手,依次展开。该研究活动不仅局限于提供透明配管,还考虑食品加工业潜在的需求,从而选定PPSU系树脂加工食品卫生配管。透明PPSU系食品卫生配管系统的特征:(1)透明PPSU系食品卫生配管可看清配管内部,解决了过去配管不透明缺陷。(2)可广泛用于加工食品、医药品加工配管等,还可拓展在其它领域的应用。(3)耐药性、耐热性、机械强度优良,最高使用温度约130℃。不会因食品成分而生锈,也无需担心因管道破裂而串混。(4)产品内外面经高精度成型加工而成,无需烦琐的表面处理。(5)有IDF/ISO规格的管箍可与现有不锈钢系配管连接。接头、管线都有配套的IDF管箍,可在现场组合。(6)配管透明,可望提高管理水平。可观察流体状况,确认配管清洁度,确认CIP洗净等的清洁度。并且工程完工、拆解洗净后进行配管装配时,容易确认气塞位置和流体切换状况。(7)PPSU配管材质安全,产品符合日本食品卫生法,并且不含疑会搅乱内分泌的65种化学物质,与美国FDA、美国USP级、NSF等标准相适应。食品卫生配管材质的特性比较如表2,耐药性比较如表3所示。其中PVDF为聚偏氟乙烯。透明PPSU系食品卫生配管系统所配管箍有IDF/ISO规格,配管系统采用VP内径,内视管等采用IDF内径。透明PPSU系食品卫生配管具有耐药性,且符合日本食品卫生法、美国FDA、美国USP(美国药局方)Ⅵ级、NSF(美国卫生财团)51及61条款,不含65种疑会搅乱内分秘的化学物质。透明PPSU系食品卫生配管在施工中须注意如下事项:(1)温度使用范围5~130℃,100℃以上条件使用时