[发明专利]用于流体混炼状态的模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及有助于分析流体混炼状态的计算机模拟方法。

背景技术

为了制备待进行交联处理的橡胶或树脂，通常使用班伯里混炼机来混炼用于混合的成分，即聚合物材料、各种添加剂等。

在这种混炼工艺中，重要的是以较短的时间均一地混炼用于混合的成分。为此，已经通过需要较高研发成本的试错法(trial-and-error method)进行了各种关于其内混炼空间(小室)和转子的形状的研发。

因此，近年来，建议使用各种计算机数值模拟。

例如，在如下的非专利文献1中，已经建议一种数值模拟，用于在使用班伯里混炼机混炼期间计算塑性材料比如交联前的未硫化橡胶和树脂的流动性。

[非专利文献1]“团聚物分散混合的数值和试验研究”，V.Collin(1)*，E.Peuvrel-Disdier(1)等。

在如下非专利文献2中，已经建议通过数值模拟来定量地获得塑性材料的混炼状态，其中当前混炼状态与理想的均一混炼状态被比较、并被量化。

[非专利文献2]“小组分尺寸的分散和分布以及连续聚合物加工装置中的空间分布的分析”，Winston Wang和Ica Manasloczower。

在非专利文献2的方法中，理想的均一混炼状态被定义为使得小室或混炼空间完全充满塑性材料，即填充率为100％。

然而，在实际混炼工艺中，填充率低于100％。因此，非专利文献2中定义的理想混炼状态没有代表正确的理想混炼状态。

例如，如果填充率降低，那么相对于填充率为100％的状态，保留在混炼空间的内表面附近的塑性材料的百分比变高。即，如果填充率降低，那么理想的混炼状态应根据其发生变化使得塑性材料向内表面转移。

因此，基于非专利文献2中理想的混炼状态独立于填充率的假定，分散状态被评估为随着填充率的降低而变差是可能的。

发明内容

因此，为了解决上述问题，研究出本发明，并且本发明的目的在于提供一种计算机模拟方法，通过该模拟方法可以准确地评估塑性材料的混炼状态，从而可提高开发混炼机器等的效率。

根据本发明，用于评估流体混炼状态的计算机模拟方法包括：

生成混炼空间模型的步骤，该混炼空间模型是流体在其内被混炼的混炼空间的有限元模型；

定义流体的流体模型的步骤；

定义混炼空间模型中填充率低于100％的流体模型、并且定义所需混炼条件的步骤；

颗粒追踪步骤，其中流体模型的流动计算基于混炼条件进行，并且设置在流体模型中的虚拟颗粒被追踪；

评估步骤，其中虚拟颗粒的位置数据与流体模型的理想混炼状态中的那些位置数据被比较，并且流体模型的混炼度被计算；

其中，基于颗粒追踪步骤中算出的流体模型的存在位置，在评估步骤中计算理想混炼状态。

进一步地，根据本发明的方法可包括如下特征：

颗粒追踪步骤包括其中多个第一虚拟颗粒在混炼空间模型中被设置的步骤、其中基于流体模型的物理量移动第一虚拟颗粒的步骤、以及其中第一虚拟颗粒的位置数据被储存的步骤；

评估步骤包括其中多个第二虚拟颗粒被任意地/均一地固定设置在混炼空间模型中的步骤、

其中由颗粒追踪步骤中追踪的位置计算当前流体模型停留的位置的步骤、以及其中基于停留在流体模型的存在位置处的第二虚拟颗粒定义理想混炼状态的步骤；以及

评估步骤进一步包括其中基于第一虚拟颗粒的设置与第二虚拟颗粒的设置之间的符合度来计算流体模型的混炼度的步骤。

因此，通过实质上不需要试验性地制造混炼机器的该方法就可对流体的混炼状态进行精确地定量评估。于是，可极大地提高开发效率。

附图说明

图1为用于混炼塑性材料的班伯里混炼机的主要部分的横截面示意图。

图2为显示作为本发明的实施方式的模拟方法的流程图。

图3为混炼空间模型的透视图。

图4为混炼空间模型的横截面图。

图5为单独地显示混炼空间模型的功能部分的横截面图。

图6为显示其中流体模型和气相模型被设置的混炼空间模型的状态的横截面图。

图7为颗粒追踪步骤的例子的流程图。

图8为用于说明颗粒追踪的图表。

图9(a)-9(f)为可视化的被追踪的颗粒位置，其中其运动按时间顺序(chronological order)显示。

图10为评估步骤的例子的流程图。

图11为用于说明颗粒间距离的图。