化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (S2): 273-280.DOI: 10.11949/0438-1157.20200056
收稿日期:
2020-01-15
修回日期:
2020-04-08
出版日期:
2020-11-06
发布日期:
2020-11-06
通讯作者:
杨杰
作者简介:
柯庆镝(1984—),男,博士,副教授,基金资助:
Qingdi KE1(),Jie YANG1(),Qiankun LI2,Yaming TIAN2
Received:
2020-01-15
Revised:
2020-04-08
Online:
2020-11-06
Published:
2020-11-06
Contact:
Jie YANG
摘要:
针对制冷类产品中隔热发泡层结构的设计问题,分析聚合物发泡过程的物理特性,提出了基于发泡过程参数演化的发泡层结构仿真模型,用于指导相关冰箱门体结构优化设计。结合聚合物发泡工艺的理论过程分析,提取并分析发泡层结构相关联的物理参数演化规律,提出其相应函数表达。通过文献调研及发泡工艺实际模拟实验,分别获取其相关物理参数的统计数据及实际表达,并基于CFD-UDF构建了发泡过程仿真模型,用于冰箱门体结构模拟分析。最后,结合某款冰箱门体结构,分析其发泡层成型状态及过程参数,验证了该发泡过程CFD-UDF仿真模型的有效性。
中图分类号:
柯庆镝, 杨杰, 李乾坤, 田亚明. 基于聚合物发泡过程参数模拟的冰箱门体成型层分析[J]. 化工学报, 2020, 71(S2): 273-280.
Qingdi KE, Jie YANG, Qiankun LI, Yaming TIAN. Structure analysis for refrigerator molding layer door based on polymer foaming simulation[J]. CIESC Journal, 2020, 71(S2): 273-280.
组分 | 质量分数/% |
---|---|
多元醇(HO-R′-OH) | 30~45 |
催化剂 | 3~4 |
物理发泡剂 | 15 |
水(H2O) | 1~2 |
异氰酸酯(OCN-R-NCO) | 40~60 |
其他必要成分 | 2~4 |
表1 PU泡沫配方
Table 1 Formulation of PU foam
组分 | 质量分数/% |
---|---|
多元醇(HO-R′-OH) | 30~45 |
催化剂 | 3~4 |
物理发泡剂 | 15 |
水(H2O) | 1~2 |
异氰酸酯(OCN-R-NCO) | 40~60 |
其他必要成分 | 2~4 |
反应时间/s | Hmin/cm | Hmax/cm | Ht/cm | V实验/cm3 | V仿真/cm3 | 误差/% | 密度/ (kg/m3) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
4.0 | 1.70 | 1.70 | 1.70 | 534.056 | 555.61 | 4.04 | 926.87 |
8.0 | 3.50 | 3.50 | 3.50 | 1099.53 | 1015.93 | 7.61 | 450.19 |
12.0 | 5.40 | 5.40 | 5.40 | 1696.41 | 1728.14 | 1.87 | 291.79 |
16.0 | 7.60 | 7.80 | 7.70 | 2418.96 | 2620.24 | 8.32 | 204.63 |
20.0 | 11.10 | 11.40 | 11.25 | 3534.19 | 3602.71 | 1.95 | 140.06 |
24.0 | 15.70 | 16.60 | 16.15 | 5073.52 | 4782.62 | 5.75 | 97.57 |
28.0 | 20.90 | 21.70 | 21.30 | 6691.40 | 6451.81 | 3.60 | 73.98 |
32.0 | 26.50 | 27.40 | 26.95 | 8466.34 | 8878.54 | 4.88 | 58.47 |
36.0 | 33.20 | 35.50 | 34.35 | 10791.05 | 11757.58 | 8.94 | 45.87 |
40.0 | 37.40 | 39.70 | 38.55 | 12110.48 | 13301.12 | 9.84 | 40.87 |
44.0 | 40.10 | 43.70 | 41.90 | 13162.89 | 14108.11 | 7.29 | 37.61 |
表2 实验数据
Table 2 Experiment data
反应时间/s | Hmin/cm | Hmax/cm | Ht/cm | V实验/cm3 | V仿真/cm3 | 误差/% | 密度/ (kg/m3) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
4.0 | 1.70 | 1.70 | 1.70 | 534.056 | 555.61 | 4.04 | 926.87 |
8.0 | 3.50 | 3.50 | 3.50 | 1099.53 | 1015.93 | 7.61 | 450.19 |
12.0 | 5.40 | 5.40 | 5.40 | 1696.41 | 1728.14 | 1.87 | 291.79 |
16.0 | 7.60 | 7.80 | 7.70 | 2418.96 | 2620.24 | 8.32 | 204.63 |
20.0 | 11.10 | 11.40 | 11.25 | 3534.19 | 3602.71 | 1.95 | 140.06 |
24.0 | 15.70 | 16.60 | 16.15 | 5073.52 | 4782.62 | 5.75 | 97.57 |
28.0 | 20.90 | 21.70 | 21.30 | 6691.40 | 6451.81 | 3.60 | 73.98 |
32.0 | 26.50 | 27.40 | 26.95 | 8466.34 | 8878.54 | 4.88 | 58.47 |
36.0 | 33.20 | 35.50 | 34.35 | 10791.05 | 11757.58 | 8.94 | 45.87 |
40.0 | 37.40 | 39.70 | 38.55 | 12110.48 | 13301.12 | 9.84 | 40.87 |
44.0 | 40.10 | 43.70 | 41.90 | 13162.89 | 14108.11 | 7.29 | 37.61 |
设置内容 | 参数 |
---|---|
模型尺寸(圆柱体) | 直径D=0.2 m,高H=1 m |
流体域 | 整个圆柱体 |
网格划分软件 | Fluent Meshing |
网格尺度 | 10~15 mm |
网格类型 | 多面体-六面体核心 |
网格质量 | 0.3972 |
总网格数 | 31769个 |
模拟方法 | 瞬态 |
出口边界设置 | 圆柱体上表面 |
多相流模型 | VOF模型 |
初相 | 空气 |
次相 | PU泡沫 |
初相设定 | Fluent材料库 |
次相设定 | 自定义函数(UDF)设定 |
湍流模型 | 标准k-ε方程模型 |
壁面函数 | 标准壁面函数 |
出口边界条件 | 压力出口边界条件 |
速度和压力耦合求解算法 | PISO算法 |
初始条件 | 大气条件 |
表3 仿真模型参数设定及方法
Table 3 Parameter setting and method of simulation model
设置内容 | 参数 |
---|---|
模型尺寸(圆柱体) | 直径D=0.2 m,高H=1 m |
流体域 | 整个圆柱体 |
网格划分软件 | Fluent Meshing |
网格尺度 | 10~15 mm |
网格类型 | 多面体-六面体核心 |
网格质量 | 0.3972 |
总网格数 | 31769个 |
模拟方法 | 瞬态 |
出口边界设置 | 圆柱体上表面 |
多相流模型 | VOF模型 |
初相 | 空气 |
次相 | PU泡沫 |
初相设定 | Fluent材料库 |
次相设定 | 自定义函数(UDF)设定 |
湍流模型 | 标准k-ε方程模型 |
壁面函数 | 标准壁面函数 |
出口边界条件 | 压力出口边界条件 |
速度和压力耦合求解算法 | PISO算法 |
初始条件 | 大气条件 |
设置内容 | 参数 |
---|---|
模型尺寸 | 1050 mm×450 mm×84 mm |
流体域 | 整个门体发泡层 |
网格尺度 | 0.5~4.0 mm |
网格类型 | 多面体-六面体核心 |
网格质量 | 0.5991 |
总网格数 | 96818个 |
模拟方法 | 瞬态 |
多相流模型 | VOF模型 |
初相 | 空气 |
次相 | PU泡沫 |
初相设定 | Fluent材料库 |
次相设定 | 自定义函数(UDF)设定 |
湍流模型 | 标准k-ε方程模型 |
壁面函数 | 标准壁面函数 |
出口边界条件 | 压力出口边界条件 |
速度和压力耦合求解算法 | PISO算法 |
表4 门体仿真模型参数设定及方法
Table 4 Parameter setting and method of door simulation model
设置内容 | 参数 |
---|---|
模型尺寸 | 1050 mm×450 mm×84 mm |
流体域 | 整个门体发泡层 |
网格尺度 | 0.5~4.0 mm |
网格类型 | 多面体-六面体核心 |
网格质量 | 0.5991 |
总网格数 | 96818个 |
模拟方法 | 瞬态 |
多相流模型 | VOF模型 |
初相 | 空气 |
次相 | PU泡沫 |
初相设定 | Fluent材料库 |
次相设定 | 自定义函数(UDF)设定 |
湍流模型 | 标准k-ε方程模型 |
壁面函数 | 标准壁面函数 |
出口边界条件 | 压力出口边界条件 |
速度和压力耦合求解算法 | PISO算法 |
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