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摘要
目前乳胶丝生产均采用挤出式酸凝工艺,胶凝过程易产生酸性污染且耗能较大,改进乳胶丝胶凝工艺尤为迫切。研究热凝式乳胶丝成型工艺可实现免醋酸生产,达到节能环保目的,这对乳胶丝生产是新尝试。而用传统的胶凝工艺试错法进行乳胶丝胶凝设计和生产不能适应市场需求,唯一出路是利用现代技术来改造传统工艺、方法。胶凝过程的数值模拟技术是乳胶丝生产技术发展的必然趋势,可提高产品竞争力,缩短产品开发周期,降低成本。为改进乳胶丝胶凝工艺,论文基于计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）数值模拟方法,数值模拟热凝式乳胶丝加热挤出过程,设计一种用于热凝式乳胶丝加热挤出的流场发生装置。（1）首先本文介绍了流场发生装置的基本机构（如图1）,并利用Solidworks进行三维建模,初步设计流场发生装置模型,并在ICEM CFD中对实体模型采用非结构化四面体网格划分,得到有限元模型;通过FLUENT软件,初始化边界条件,选用Realizable k-ε湍流模型、凝固与融化模型和耦合传热法,遵循动量守恒、能量守恒等物理守恒规律,模拟热凝式乳胶丝胶乳初步胶凝成型温度场。仿真发现,当温度场达到稳定时,初步设计的装置内部热凝式胶乳过早达到胶凝状态,不满足热凝式挤出工艺要求,需待改进。（2）其次进一步分析流程发生装置中装置尺寸、胶乳进料速度、冷热水夹套进水温度以及其进水口速度等参数变化对热凝式胶乳加热挤出过程的温度场影响,观察流固耦合过程温度场分布图,找到热凝式胶乳初步胶凝成膜位置,并通过不断优化流场发生装置和进行流固耦合仿真反复模拟,确保热凝式胶乳挤出时温度达到初步胶凝温度34℃,且胶乳管道内部未出现达到胶凝温度,从而得到适合生产热凝式胶乳的流场发生装置。（3）最后仿真结果显示:利用CFD数值模拟技术设计出的一种用于热凝式乳胶丝加热挤出的流场发生装置,当冷热水夹套进水温度分别为20℃、45℃,且控制胶乳管道入口速度为4.3mm/s,使热凝胶乳挤出速度达到0.6m/s。相比传统方案,不但实现免醋酸生产,而且挤出速度方面提高300%。同时仿真设计出的流场发生装置模型对实际热凝式乳胶丝胶凝工艺装置整体设计提供了必要的理论依据。
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