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喷射是注塑成型中塑料熔体以柱状流从浇口直接进入型腔的流动方式,与常规波动前沿推进方式相比,喷射易形成蛇形纹及更多的熔接线和气穴等制品缺陷,是塑料加工力求避免的不良流动形式。诱发喷射因素的多样性和无规律性增加了理论分析和预测的难度,至今没有商业软件能成功模拟注塑成型中的喷射现象,因此,开展喷射的形成机理研究,进而开发数值模拟程序不仅扩展了注塑成型理论体系,对实际塑料制品设计、加工也有重要指导意义。本文从塑料熔体固有的黏弹性特征出发,建立黏弹性三维流动的理论模型,构造适合理论模型特征的有限体积数值离散方法,并针对控制方程、本构方程的非线性特点,提出了迭代求解方案,开发了模拟程序,成功模拟了喷射及其后续的蛇形流演化规律,分析了塑料熔体黏弹性特征、工艺条件、模具结构对喷射的影响,提出了避免喷射的模具及工艺设计方案。主要研究成果:(1)基于流体力学原理建立了包括惯性力、重力在内的动量方程、连续性方程及能量方程,分析了Giesekus模型对黏弹性流体的描述能力以及表征聚合物熔体黏弹性的优势,构建了以Cross-WLF和Giesekus为代表的黏性及黏弹性注塑成型三维流动理论模型;(2)提出了流动问题的有限体积求解算法,并根据速度、压力耦合特征,构造了迭代求解Navier-Stokes问题的修正PISO算法;再根据速度、温度、应力相互依赖的特点,提出了Navier-Stokes问题与热传导问题的双重迭代求解方案,提高了数值方法的稳定性和计算效率;(3)成功模拟了注塑成型中喷射发展的三个阶段:柱状流、屈曲流、顺序充填,预测了薄壁制品的蛇形流、厚壁制品的螺旋上升流,并通过对黏性力和惯性力量化分析发现惯性力大于黏性力是诱发喷射的关键因素;(4)塑料熔体黏弹性对喷射有影响,随着Wi数的增大,熔体屈曲流的摆动频率和摆动幅度减小,熔体转入顺序充填时间会略有提前;材料的各向异性对射流及蛇形流形态有影响,非线性参数a越大,柱状喷射距离越短,a还诱导柱状熔体前端在喷射初期弯曲,产生较大的前端蛇形摆动;(5)工艺条件对喷射有重要影响,注射速率越大,喷射距离越长,但蛇形流的摆动幅度及直径均变小;熔体温度对柱状喷射的长度影响不显著,但对蛇形流的影响较大,熔体温度升高,蛇形流摆动幅度、摆动频率变小,熔体转入顺序充填时间缩短;(6)浇口位置对喷射有显著影响,浇口离模壁越远,发生喷射现象的几率越大,射流及蛇形流发展越完整;浇口离模壁越近,喷射几率越小,喷射长度越短,可能在蛇形流形成之前就转入顺序充填模式。