刘青烽[1]2006年在《同向双螺杆挤出过程不同螺杆组合的混合性能分析》文中研究说明本文利用专业CFD(Computational Fluid Dynamics)软件POLYFLOW对啮合同向双螺杆挤出过程不同螺杆构型下的组合流道进行了流场分析。建立了全充满状态下的三维等温非牛顿流场模型，模型的几何尺寸和边界条件取自实际尺寸和实际条件。流场模拟分为两个部分，一部分为稳态流场模拟，即流场计算与时间无关。通过编程计算出流道的结点坐标及单元的结点编号，建立有限元模型。另一部分为基于时间的拟稳态流场模拟，即流场计算考虑了时间的累积效应。通过POLYFLOW的前处理模块GAMBIT建立有限元模型。两种流场计算下的几何参数和边界条件一致。在稳态流场模拟中，对七种螺杆构型下的流场进行计算，得到了速度场、压力场、剪切速率场、剪切粘度场、剪切应力场等，并对结果进行了后处理。通过稳态流场的计算结果，分析了七种螺杆构型的正向输送能力、轴向分布混合能力和分散混合能力。在拟稳态流场模拟中，采用了PTA(Particle Tracking Analysis)法对流场计算结果进行了统计学后处理。后处理结果包括累积停留时间分布和停留时间分布、累积最大剪切速率分布、固定百分比示踪粒子最大剪切速率随时间分布、累积最大剪切应力分布等。通过这些结果分析了七种螺杆构型的轴向分布混合能力和分散混合能力。对两种流场模拟下所得的结果进行分析后，所得结论一致。七种螺杆构型的分布混合性能由大到小依次为：全反向捏合盘、正向捏合盘+反向捏合盘、正向螺纹+反向捏合盘、全正向捏合盘、正向螺纹+正向捏合盘、全正向螺纹，其中的全正向捏合盘包括错列角为60°和30°两种，分布混合能力前者高于后者；七种螺杆构型的分散混合性能由大到小依次为：全反向捏合盘、正向捏合盘+反向捏合盘、全正向捏合盘、正向螺纹+反向捏合盘、正向螺纹+正向捏合盘、错列角为60°的全正向捏合盘、全正向螺纹。最后，为了验证POLYFLOW软件对双螺杆挤出流场计算的可行性和可靠性，进行了验证实验，考察了两种螺杆构型的分散混合能力。实验结果表明，流场计算结果是正确的。
李鹏[2]2000年在《啮合同向双螺杆挤出机捏合块流道流场分析》文中提出本文主要就全啮合同向双螺杆挤出机捏合块流道中熔体全充满区的流动进行了全三维非牛顿等温模拟。根据相对运动学原理建立了捏合块几何形状数学模型，并根据实际运转条件，对捏合块的几何形状作了修正。建立的流场物理模型考虑了捏合块与机简之间的啮合间隙和捏合盘与捏合盘之间的间隙，并且考虑了啮合区的实际空间形状。将捏合块表面实际速度与流道两端的压力作为边界条件旋加于有限元分析模型，利用ANSYS有限元计算软件求出捏合块流道的速度场与压力场。根据计算得到的速度场与压力场，通过自行编制的后处理程序求出流场的流量、回流量、拉伸速率、剪切速率和剪切应力，并分析了它们与螺杆转速、两端压差、错列角、啮合间隙、捏合盘厚度以及物料特性参数的关系。 本文还对捏合块与螺纹元件组合流道及螺纹元件流道的熔体全充满区的流动进行了全三维非牛顿等温模拟。通过三种不同流道的比较来考察不同的元件对流场造成的影响。 文章最后对流量、流量与压差的关系及不同螺杆组合对流量的影响进行了实验验证。
马秀清[3]2001年在《双螺杆挤出过程轴向循环流理论分析及实验研究》文中提出本文引入了轴向循环流动的概念。传统的非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出机都是靠两根螺杆的旋转将物料往前输送的，而轴向循环流动是指一根螺杆的某一区段将物料往前输送，对应的另一根螺杆上的该区段将物料往回输送，在该区段物料将形成轴向循环流动。 本文通过对双螺杆挤出过程熔体输送段常规螺纹元件流道和引入轴向循环段的组合流道的流场分析，建立了非啮合、啮合同向及啮合异向常规螺纹元件流道流道及引入轴向循环段的组合流道的物理模型及有限元模型，对所建立的模型进行了数值模拟，得到了压力场、速度场及粘度场，同时经过后处理得到了直观的压力分布、轴向速度分布、剪切速率分布、剪切粘度分布及剪切应力分布，并分析了几何参数、物性参数及操作参数对引入轴向循环段的非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出过程输送特性和混合能力的影响。同时提出了分布混合能力判别系数G的概念，并用其对分布混合能力的强弱进行了准确的分析。 模拟结果表明，常规螺纹元件左右流道的流量是相等或基本相等的，但引入轴向循环段后，左右流道的流量均减小，且反向输送元件在那根螺杆上，那边流道的流量更小一些。 在非啮合、啮合同向及啮合异向(改进后)双螺杆挤出过程中均可形成轴向循环流动。引入轴向循环段后，双螺杆挤出过程的输送能力降低，但分布混合能力却大大增强。同时轴向循环段的引入使常规段的剪切速率及剪切应力也得到一定的提高，但由于轴向循环段是非啮合段且该段一根螺杆将物料往前输送，另一根螺杆将物料往回输送，其剪切速率及剪切应力比常规段要小，因而引入轴向循环段后整个计算域的剪切应力有所减小，分散混合能力有所减弱。 为了验证所建模型的正确与否，对非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道和引入轴向循环段的组合流道进行了大量的实验研究。 流量及压力的实验结果表明，非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出过程熔体输送段所建模型均是正确的，用有限元数值分析方法对双螺杆挤出过程进行模拟是可行的，实验结果与计算结果极为吻合。 停留时间分布的实验结果表明引入轴向循环段的组合流道其最少停留时间较长，可以有足够的时间使物料反应或混合，且其纵向混合量大于常规螺纹元件流北京化』二大学博士学位论文道，分布混合能力强，但引入轴向循环段后双螺杆挤出机的自洁能力会差一些。 在线取样及出口取样的实验结果表明引入轴向循环段后物料的分布较为均匀，分布混合能力得到改善，同时对啮合异向双螺杆的实验结果表明轴向循环段的引入可改善其排气性能。 轴向循环流的形成实验结果表明轴向循环流动在啮合同向和非啮合双螺杆挤出过程中均可实现，在全啮合异向双螺杆挤出过程中没有轴向循环流动，但在啮合同向双螺杆挤出过程中形成的轴向循环流不是很明显，且形成的是小范围的轴向循环流动。 各参数对轴向循环流的影响实验表明螺杆转速及轴向循环段长度的增大均不利于轴向循环流动的形成，而加料量和机头压力的增大是有利于轴向循环流的形成的。 引入轴向循环段后的螺杆组合其单耗及螺杆扭矩均比相同条件下的常规螺纹元件螺杆组合大，这主要是由于引入轴向循环段后其充满段长度增长，但单耗和螺杆扭矩的增大并没有引起熔体温度较大的升高，且熔体温度较为稳定，表明多消耗的能量可能用于混合能力的提高上。关键词:双螺杆挤出机，挤出过程，轴向循环流动，流场分析，混合第ii页
何明[4]2010年在《挤压造粒机不同螺杆组合熔体输送平衡问题的研究》文中认为啮合同向双螺杆挤出机在塑料加工与改性方面得到了越来越广泛的应用,已成为塑料挤压造粒的重要核心装备。在市场需求的推动下,啮合同向双螺杆挤压造粒机向高产量、高效率、大型化和低能耗方向发展。尽管人们对啮合同向双螺杆挤出机挤出过程理论方面的研究在不断深化,但依然有许多问题需要进一步研究。在双螺杆挤出过程理论的基础上,开展啮合同向双螺杆挤出机螺杆组合的设计理论和设计方法的研究对提高挤压造粒机的设计与应用水平具有非常重要的意义。本课题的研究对象是啮合同向双螺杆挤压造粒机的熔体输送段,对螺杆组合的螺纹元件修正、熔体输送平衡及熔体充满长度进行理论与实验研究。本研究使用三维建模技术,详解了螺纹元件的常用修正方法,并编制了不同修正方法的计算程序。研究表明：基于基准导程的法向修正方法和槽面修正方法能得到均匀的啮合间隙,保证不同导程螺纹元件组合时各元件之间的光滑过渡。本研究以啮合同向双螺杆挤压造粒机的螺杆组合设计为目标,通过对多种几何相似和不相似的常用螺杆元件流道的数值模拟,建立了常用螺杆元件流道的熔体输送量化模型。利用熔体输送量化模型计算螺杆组合流道的轴向压力分布,推测螺杆组合流道在稳定挤出时的熔体充满长度。利用熔体充满长度来优化螺杆组合,以提高挤出机生产效率,为啮合同向双螺杆挤压造粒机的螺杆设计提供参考。螺杆组合流道的数值模拟和实验研究表明：利用熔体输送量化模型计算得到螺杆组合流道的熔体充满长度与模拟结果基本一致,与实验结果的误差为2.5%。给定双螺杆挤压造粒机挤出产量和工艺的条件,利用熔体输送量化模型可以计算得到熔体输送段的螺杆参数,可为螺杆组合设计提供依据。
王文飞[5]2011年在《啮合同向双螺杆挤出机捏合块组合的研究》文中指出啮合同向双螺杆挤出机因具有良好的混炼效果、优异的自洁能力以及产量大能耗低等优点,被广泛用于聚合物加工、造纸等领域。啮合同向双螺杆由多种类型和不同数量的螺杆元件有序的组成,整根螺杆又分为不同的功能段；为使物料按照工艺要求完成整个挤出过程,因而对各个功能段的要求也不同,这就需要与之相对应的螺杆构型来实现。整根螺杆的组合设计,不仅要对各种螺杆元件的性能和构造了解得很清楚,还需要对各功能段的局部构型以及整根螺杆的组合规律有深入地认识与把握。本课题以研究探索捏合块组合规律,提高挤出机混合性能为目标,在实验的基础上,对捏合块混合性能的评价指标进行了研究。围绕螺杆组合设计,研究了捏合块几何参数、不同捏合块组合、工艺条件及不同啮合比与不同捏合块组合的混合性能之间的关系,并对其设计规律进行研究。本文首先在啮合同向双螺杆几何学的基础上对在螺杆组合中不同头数螺纹元件之间的光滑过渡问题进行了研究,设计了一种可以灵活使用和加工的光滑过渡组件。本文通过对捏合块混合性能的评价指标进行研究分析,选出了能够量化研究捏合块混合性能的两种主要指标：平均剪切应力评价分散混合能力；平均回流系数评价分布混合能力。在研究中。利用这两种评价指标对捏合块几何参数与混合性能之间的关系进行了研究,并且建立了捏合块元件混合性能的回归数学模型,利用这个模型可以根据捏合块的几何参数判断出混合性能的强弱。在此基础上,对不同几何参数的捏合块组合后的混合性能进行了研究,得出了分散混合效果最好的构型和分布混合最好的构型；同时还建立了组合过程中不同位置的捏合块与捏合块组合后混合性能之间的回归数学模型,利用这种回归模型可以指导实际工作中的螺杆构型的设计。最后,对工艺条件与捏合块混合性能之间的关系和不同啮合比的捏合块的混合性能进行了研究,并且建立了回归数学模型,通过该模型能够在实际操作过程当中对操作条件的调整有指导意义。通过上述研究,得到了一些螺杆组合设计规律,其对啮合同向双螺杆挤出机的螺杆构型设计具有参考价值。
孙士强[6]2006年在《纳米粉体与聚合物在同向双螺杆挤出机中的熔融混合研究》文中认为纳米(塑料)复合材料是目前新型材料的研究热点之一，而同向双螺杆挤出机是具有高分散混合能力的连续加工设备，因此纳米粉体与聚合物在同向双螺杆挤出机中熔融混合过程的研究对于纳米复合材料的生产具有理论指导意义和实际应用价值。 本文首先对粉体团块的内部结构及其在聚合物熔体流场中的破碎机理进行了分析，并引入团块尺寸在流场作用下随时间变化的微分方程。为了对不同混合元件的分散混合能力进行比较，本文对常规螺纹元件、窄捏合块元件、宽捏合块元件以及新型混合元件VCR元件流道的三维等温流场进行了模拟与分析。通过对流场流动状态模拟计算，得到了与分散混合及输送能力相关的剪切速率场和压力场；通过粒子示踪法对流场的动态模拟计算及其统计学后处理，得到了停留时间分布、最大剪切速率分布、固定百分比质点经受的剪切速分布随时间的变化、粉体团块尺寸分布随时间的变化等与混合元件分散混合能力有关的统计学结果。 数值模拟分析结果表明：在本文讨论的啮合同向双螺杆混合元件中，宽捏合块元件分散混合能力最强，VCR元件次之，常规螺纹元件最弱；而VCR元件分布混合能力最强，宽捏合块元件次之，常规螺纹元件最弱。 实验研究表明，实验所得混合元件的分散混合能力对比关系与模
高健[7]2012年在《同向双螺杆柔和剪切元件的混合性能研究》文中研究表明在加工热敏性或剪敏性聚合物物料时,需要控制物料的剪切应力,本文利用CFD软件Polyflow对五种柔和剪切螺杆构型的流场进行了模拟,得到了压力场、加权平均剪切应力、加权平均剪切速率等。分析结果表明：变间隙转子和六棱柱元件螺杆构型的加权平均剪切应力最小,错列角为1500捏合盘和非捏合盘螺杆构型最大,其他三种柔和剪切螺杆构型按加权平均剪切应力从小到大的顺序排列依次为：S型元件和六棱柱元件螺杆构型、错列角为900捏合盘和非捏合盘螺杆构型、错列角为300捏合盘和非捏合盘螺杆构型;五种柔和剪切螺杆构型按加权平均剪切速率从小到大的顺序排列依次为：变间隙转子和六棱柱元件螺杆构型、S型元件和六棱柱元件螺杆构型、错列角为900捏合盘和非捏合盘螺杆构型、错列角为300捏合盘和非捏合盘螺杆构型、错列角为1500捏合盘和非捏合盘螺杆构型；错列角为30°捏合盘和非捏合盘螺杆构型的出入口压差最小,错列角为1500捏合盘和非捏合盘螺杆构型的出入口压差最大。五种柔和剪切螺杆构型的加权平均剪切应力均比常规螺纹元件小。故五种柔和剪切螺杆构型均适用于在需柔和剪切的加工过程中使用。本文通过实验对五种柔和剪切螺杆构型的混合性能进行了研究,实验结果表明：五种柔和剪切螺杆构型挤出试样的数均粒径均比常规螺纹元件要大,说明五种柔和剪切螺杆构型的剪切应力比常规螺纹元件要小。模拟结果与实验结果基本吻合。
操彬[8]2007年在《啮合同向双螺杆构型对接枝反应挤出过程影响的研究》文中研究表明双螺杆挤出机作为连续反应器被广泛地应用于反应挤出。本课题通过改变置换段的螺杆元件(包括常规螺纹元件、错列角分别为30°和150°的捏合块元件、S型元件、齿形盘元件、NI-MPE)，采用数值模拟分析和实验研究相结合的方法，对啮合同向双螺杆熔融接枝反应挤出过程进行了研究，以便为双螺杆反应挤出螺杆构型的优选提供一定的理论依据。本课题利用专业软件POLYFLOW对六种螺杆构型下的置换段进行了流场模拟计算，并对模拟结果进行了比较，分析了各种螺杆元件的混合性能；通过充满度实验、停留时间分布实验和不相容体系共混实验进一步研究了置换段螺杆元件的混合性能，同时验证了模拟结果的准确性；通过MAH熔融接枝LDPE的实验研究了螺杆构型对于反应挤出过程的影响。数值模拟结果表明：错列角为150°的捏合块元件(KB150/120)的分散混合能力和轴向分布混合能力均最高，新型螺杆元件(S型元件、齿形盘元件、NI-MPE)具有较高的轴向分布混合能力，常规螺纹元件(SE30/120)的分散和分布混合性能均最差。实验结果表明：啮合同向双螺杆挤出机用于MAH熔融接枝LDPE的反应挤出时，其螺杆构型对接枝反应挤出过程有着很大的影响，尤其是各种螺杆元件的混合性能(包括分布混合性能和分散混合性能)和充满度对接枝反应过程有着显著的影响，兼有高分布混合能力和分散混合能力及高充满度的螺杆元件所对应的螺杆构型能够提供较高的样品接枝率。其中错列角为150°的捏合块元件所对应的螺杆构型下得到的样品接枝率最大，新型螺杆元件能够有效地提高置换段样品接枝率。实验所得的各螺杆元件的混合性能与数值模拟结果一致，说明本文所用的数值模拟分析方法可以用于选择熔融接枝反应挤出所需的螺杆构型组合及新型螺杆元件的设计与分析。
杨凯[9]2013年在《同向双螺杆挤压膨化机挤压机理及性能分析》文中提出双螺杆挤压膨化技术是一种先进的物料挤压成型技术,在饲料加工领域和食品加工领域有着广泛的应用前景。螺杆是双螺杆挤压膨化机的核心元件,研究螺杆对物料的剪切混合和螺杆的力学性能对于双螺杆挤压膨化机挤压机理研究和性能提高具有重要意义。本文对同向双螺杆挤压膨化机流道流体分析理论和螺杆受力模型进行了研究；建立了同向双螺杆挤压膨化机流道有限元模型,并对流道流场进行了分析；建立了同向双螺杆挤压膨化机螺杆有限元力学模型,并对螺杆进行了力学性能分析。具体工作包括：在基础理论研究方面,分析了同向双螺杆的几何学理论,包括双螺杆啮合原理和端面啮合曲线的数学模型,基于此理论依次建立了同向双螺杆挤压膨化机流道流场分析理论和螺杆受力模型。对同向双螺杆挤压膨化机流道进行了速度场分析、压力场分析和粘度场分析。首先阐述了进行流场分析必须的物料参数和边界条件；其次对不同头数、不同转速和不同内径下的同向双螺杆挤压膨化机进行速度场分析；然后对同向双螺杆挤压膨化机流道进行了压力场分析；最后对同向双螺杆挤压膨化机流道进行了粘度场分析。对同向双螺杆挤压膨化机螺杆进行了力学性能分析。首先基于同向双螺杆几何学理论和螺杆受力模型建立了单头、双头螺杆实体模型和有限元模型；其次在此基础分析了导程和螺杆外径内径比对单头螺杆力学性能的影响；最后分析了导程和螺杆外径内径比对双头螺杆力学性能的影响。本文工作为双螺杆挤压膨化机挤压机理研究及性能提升奠定了基础。
聂成磊[10]2014年在《经典炸药模拟物流变特性及双螺杆混合研究》文中认为双螺杆混合挤出炸药是当今炸药混合方向的一个研究热点,啮合型同向双螺杆挤出机不仅具有工艺安全性高、柔性连续化生产、绿色环保等优点而且能够提供高的分散混合能力,本文以四种经典炸药模拟料为研究对象,对四种模拟料在8种不同规格的计量段螺杆元件进行流场模拟分析,并以2号料为研究对象对7种计量段的螺杆组合进行了云计算数值模拟分析,得出一种混合效果最好的螺杆组合。本文首先利用转子流变仪对四种模拟料的流变特性进行了研究分析,并得出能够表征四种模拟料的流变特性的本构方程。以四种炸药模拟料为研究对象,分别采用有限元法对本课题中所涉及的螺纹元件和捏合块元件的三维等温流场进行了模拟分析,得出了不同种物料与各个螺杆元件的压力场、剪切场、拉伸场以及混合流场,并分别对每个元件与不同种模拟料所形成的混合流场进行统计分析,给出各个元件对不同种模拟料的分散、分布能力的评价。为获得不同种螺杆组合计量段的整体混合能力,本文中以2号模拟料为研究对象,通过云计算平台对7种不同计量段的螺杆组合与2号料相互作用的流场进行有限元数值模拟；同时对混合流场进行统计分析,给出各个螺杆组合对2号料的分散、分布能力的评价。数值模拟分析结果表明：在本文中所设计的螺杆元件中,左旋的螺纹元件所提供的剪切作用最强,大导程的螺纹元件拉伸作用高,小导程的螺纹元件建压能力强；捏合盘宽的捏合块元件拉伸作用和剪切作用最强,反向的捏合块元件拉伸作用最差。实验研究表明,实验所得混合元件对于四种炸药模拟料的分散混合能力对比关系与模拟分析结果基本一致,7号计量段的螺杆组合对2号物料的综合混合能力最好,模拟分析与实验结果一致。证明本文中所采用的数值模拟分析方法可以用于根据不同炸药的感度所需要的分散混合能力来选择相应的螺杆元件和螺杆组合,还可以用于设计新型混合元件设计并对其混合分散能力进行了分析。
参考文献：
[1]. 同向双螺杆挤出过程不同螺杆组合的混合性能分析[D]. 刘青烽. 北京化工大学. 2006
[2]. 啮合同向双螺杆挤出机捏合块流道流场分析[D]. 李鹏. 北京化工大学. 2000
[3]. 双螺杆挤出过程轴向循环流理论分析及实验研究[D]. 马秀清. 北京化工大学. 2001
[4]. 挤压造粒机不同螺杆组合熔体输送平衡问题的研究[D]. 何明. 北京化工大学. 2010
[5]. 啮合同向双螺杆挤出机捏合块组合的研究[D]. 王文飞. 北京化工大学. 2011
[6]. 纳米粉体与聚合物在同向双螺杆挤出机中的熔融混合研究[D]. 孙士强. 北京化工大学. 2006
[7]. 同向双螺杆柔和剪切元件的混合性能研究[D]. 高健. 北京化工大学. 2012
[8]. 啮合同向双螺杆构型对接枝反应挤出过程影响的研究[D]. 操彬. 北京化工大学. 2007
[9]. 同向双螺杆挤压膨化机挤压机理及性能分析[D]. 杨凯. 南京理工大学. 2013
[10]. 经典炸药模拟物流变特性及双螺杆混合研究[D]. 聂成磊. 北京化工大学. 2014