不同螺槽深度下异向双螺杆挤出机流道仿真分析

目的:讨论聚乳酸在异向双螺杆挤出机不同螺槽深度下的流道分布规律。方法:使用Solidworks软件建立3种不同螺槽深度的螺杆元件及其对应的流道模型，运用Polyflow流体仿真软件进行数值模拟，借助FieldView软件对后处理结果进行数值分析；并对3种不同螺槽深度状态下的异向双螺杆挤出机的聚乳酸流体的压力场、剪切速率场和黏度场，以及停留时间分布曲线RTD进行对比分析。结果:通过改变螺杆元件的齿根圆直径及其对应的流道直径可实现螺槽深度的改变，在其他条件相同的情况下，螺槽深度越浅，压力波动越大，剪切速率波动越大，但黏度波动越小；螺槽深度越深，轴向混合性能越高。结论:螺槽深度的变化对流场混合性能存在影响并具有一定的规律性，可根据试验选择混合性能全面的双螺杆挤出机进行实际生产。     

啮合异向双螺杆挤出机中螺杆端面结构参数对聚乳酸流场的影响

目的:探究啮合异向双螺杆挤出机中螺杆构型的改变对聚乳酸流场的影响。方法:通过Solidworks软件建立异向双头螺纹元件的理论模型和经两种不同方式调整结构参数后的螺纹元件几何模型，将建立的三维模型导入Gambit软件进行网格划分，再应用Polyflow软件进行流场模拟计算，最终借助Fieldview软件提取流场分布结果，对比分析修正时螺纹元件端面上结构参数的调整对剪切速率场、黏度场和速度场的影响。结果:修正时螺纹元件的结构参数经两种方式调整后均会对聚乳酸流场造成影响；两种对结构参数的调整方式均在不同程度上减小了流道内的剪切速率梯度，方式一还造成了流道内聚乳酸的黏度降低。结论:从对剪切速率场、黏度场和速度场的影响上看，经方式一调整后的螺纹元件更有利于挤出，而经方式二调整后的螺纹元件实体构型更贴近螺纹元件理论构型。     

正向螺纹元件组合对反向螺纹元件熔体输送特性的影响

目的：探究熔体输送段正向螺纹元件间的不同组合对反向螺纹元件的熔体输送特性的影响。方法：通过改变导程构建两种不同模型,使用SolidWorks软件建立三维模型,使用Polyflow软件对两种模型在熔体输送段的挤出过程进行数值模拟,分析不同导程下螺纹元件的螺槽宽度及螺棱厚度对流场的影响及不同转速下流场的变化,通过实验验证转速对物料混合效果的影响。结果：所构建的模型均可使熔体通过反向螺纹元件;在相同螺杆转速下,由大导程螺纹元件构建的模型一建压能力和输送能力强于由小导程构建的模型二;模型一在分散混合能力上优于模型二,在分布混合能力上弱于模型二;在两端压差相同的情况下,增加转速可以提高物料的分散混合效果。结论：在聚乳酸改进加工过程中采用模型一且提高螺杆转速可进一步破碎物料,提高挤出物的质量。     

同向全啮合双螺杆植物蛋白挤出机不同螺杆元件的仿真分析

为了明确和量化同向全啮合双螺杆挤出机各螺杆元件的功能,增加配置用于生产植物基肉双螺杆挤出机螺杆的合理性,以低温脱脂花生蛋白粉的物性参数为条件,对SLZ36型挤出机的3种元件长度为32 mm的螺杆元件双头螺旋元件、5啮合盘啮合元件及3齿形盘齿形元件的剪切速率、混合指数、物料停留时间、最大剪切应力分布进行仿真分析。采用Solidworks软件建立元件的几何模型,应用Gambit软件进行模型的网格划分及网格质量分析,在Polyflow软件中进行数值模拟,通过Fieldview软件对仿真结果进行后处理分析。结果表明：通过混合指数分析得到3种螺杆元件对物料的混合性能大小为齿形元件>啮合元件>螺旋元件;通过物料停留时间分析得到3种螺杆元件的轴向混合性能大小为齿形元件>螺旋元件>啮合元件;通过剪切速率及平均最大剪切应力分析得到对物料的剪切性能大小为啮合元件>螺旋元件>齿形元件。进行植物基肉双螺杆挤出机螺杆组合时,针对目前整个螺杆配置螺旋元件最多的情况,在进行物料更换时可以合理地配置啮合元件以增加螺杆剪切能力,配置齿形元件以增加螺杆的混合能力。     

二阶非对称双螺杆挤出机三维仿真

设计了一种带有混炼元件的二阶非对称双螺杆挤出机，并运用Solidworks建立实体模型，以有限体积法为基础，采用ANSYS/CFX有限元分析软件模拟豆粕在机筒内的运动与加工过程，并进行实验验证。结果表明：当恒定温度为80 ℃时，新型双螺杆挤出机由于混炼元件、差速非对称流场以及一、二阶段螺槽容积差的存在，产生了交替分布的压力，物料不断被拉伸与压缩并经历多次分割、重组，提高了新型双螺杆挤出机压缩能力和分散混合能力。     

双螺杆磨浆机构设计理论研究

双螺杆磨浆机是一种新型的高浓磨浆设备,具有磨浆质量好、节能节水等优良特性.在塑料工业同向旋转双螺杆挤出机设计理沦和方法的基础上,根据磨浆机理.系统研究了双螺杆磨浆机设计的理论和方法,包括双螺杆席浆机构设计流程、正向螺旋设计、反向螺旋设计和双螺杆磨浆机构的结构设计等.其中,双螺杆磨浆机螺纹深度、中心距、螺杆转速等参数的选择,间隙设计等方面参照同向旋转双螺杆挤出机的有关理论;螺纹导程、螺棱顶宽的选择,螺槽曲线的简化,反向螺旋设计和结构设计等方面采用新的理论和方法.最后通过实例说明了卜述设计珊沦和办法的应用.     

适应性网格技术在异向双螺杆挤出机中的仿真

将现有的适应性网络技术应用到异向双螺杆挤出机中,利用AutoCAD软件绘制异向螺纹元件的端面型线,并在Solidworks软件上建立相应的三维模型,将几何模型导入Gambit软件进行网格划分,在Polyflow软件中采用适用性网格技术,根据Maxdiv值对流体流道的网格进行局部加密,设计异向双螺杆等温瞬态流动问题的有限元求解任务,研究Maxdiv值对流道的剪切速率场、黏度场和压力场等方面的影响情况,还对比适应性网格技术中网格细化次数对计算资源的影响,并说明该方法在双螺杆挤出过程仿真过程中的应用潜力。     

基于CFX的同轴变速双螺杆挤出机三维流场分析

目的：分析物料在改良后的同轴变速优化双螺杆挤出机流道中的工作状态。方法：运用ANSYS/CFX模拟分析双螺杆挤出机流道数值,得到物料的运动情况,并与传统双螺杆进行对比,通过宏观压力场、宏观速度场、速度流线图、速度矢量图对比分析两种螺杆的性能。结果：同轴变速优化双螺杆的建压能力、混合性能明显优于传统双螺杆,通过中段的减速输送可有效延长物料运输时间。结论：新型优化双螺杆在保留传统双螺杆优势的情况下,额外提升了建压能力和混合性能。     

电磁动态双螺杆挤出机的研制

在前人对混沌混合机理研究的基础上 ,将振动力场引入到平行异向双螺杆挤出机中 ,研制成功新型机筒剖分式电磁动态双螺杆挤出机实验样机。该机成功地将混沌混合引入到双螺杆 C型室螺槽之中 ,并能进行静态可视化实验研究。扫描电镜分析表征实验研究表明了振动力场有效地强化了体系的分布、分散混合效果     

非等温条件下啮合同向双螺杆挤出过程数值模拟分析

采用SolidWorks建立啮合同向双螺杆三维物理模型,通过改变螺杆挤出机加工聚乳酸时的转速,在非等温的模拟条件下,通过polyflow软件对其进行相应的模拟分析,对比不同转速对聚乳酸加工时产生的影响。结果表明:在非等温条件下,温度在挤出方向上线性增加,并且温度在Z轴截面上沿径向向外逐渐增大。通过对比不同转速下的流场分析,发现随着转速的增大,螺槽内出现较大的温差,当转速达到240r/min时,聚合物出现部分降解,对生产加工产生影响;对剪切速率场和黏度场的对比分析也进一步验证了两者的相关性。     

APPLICATION of LASER DOPPLER ANEMOMETRY to MEASURE VELOCITY DISTRIBUTION INSIDE the SCREW CHANNEL of A TWIN-SCREW EXTRUDER

Velocity measurements inside the screw channels of a co-rotating, self-wiping twin-screw extruder (ZSK-30) have been carried out using the noninvasive technique of Laser Doppler Anemometry. A two-dimensional Argon-ion laser Doppler system was used to measure tangential and axial velocity components in one of the screws, away from the intermeshing zone. Heavy corn syrup with naturally occurring particles was used in the extrusion experiments. the measured tangential velocity distribution agreed with the expected distribution for a Newtonian fluid. Measurements also indicated that near the screw root and away from the flights, shear rates were substantially lower as compared to the shear rates near the barrel. the results indicated that this technique is suitable for making velocity measurements in a twin-screw extruder using model fluids.     

同向旋转双螺杆挤压机产量和膨化效果的实验研究

采用向应面法研究同向旋转双螺杆挤压机操作变量对产量的影响 ,实验研究表明喂料速度和螺杆转速对常量有著影响 ,并在获得最大产量和良好膨化效果状态下对喂料速度和螺杆转速进行了优化 ,拟合的二阶统计模型适用于生产和挤压控制设计。     

不同螺杆接触状态下异向双螺杆挤出机的流道分布规律

目的:探索聚乳酸在异向双螺杆挤出机不同螺杆接触状态下的流道分布规律。方法:用Solidworks软件建立啮合螺杆、部分啮合螺杆和非啮合螺杆3种几何模型;运用POLYFLOW流体仿真软件进行数值模拟;对3种螺杆不同接触状态下聚乳酸流体的压力场、剪切速率场与黏度场进行对比研究。结果:部分啮合状态下的异向双螺杆挤出机对聚乳酸有较好的建压能力与分散混合能力。结论:聚乳酸在部分啮合状态下的挤出效果优于其他2种螺杆接触状态。     

基于ANSYS/CFX渐加速双螺杆设计及三维流场分析

目的:提高双螺杆挤出机的混合效率和工作性能。方法:设计了一种内嵌行星轮系和安装捏合块的新型双螺杆挤出机，并用SolidWorks建立三维模型，以有限体积法为基础，用ANSYS/CFS有限元分析软件对其流道进行分析。获得其宏观压力图、速度矢量图、速度流线图并与传统双螺杆挤出机三维流场进行对比。结果:在行星轮系和捏合块的渐加速作用下，渐加速双螺杆挤出机的混合性能和工作效率要明显优于传统双螺杆，经计算渐加速型双螺杆比普通双螺杆提高20%～25%。结论:渐加速双螺杆在不断加速的过程中使得物料在机筒内停留的时间变短，从而提高产量且减少耗能，捏合块的加入更使得物料可以得到更好的剪切。     

Analysis of the dispersive mixing efficiency in a twin-screw extrusion processing of starch based matrix

The flow of plasticized maize starch in a co-rotating twin screw extruder was simulated by using computational fluid dynamics (CFD). Sensitivity of the simulation to the selected viscosity model was analyzed. The results suggest that about 16 times increase in zero shear viscosity has no influence on the flow, whereas a slight change in viscosity at the shear thinning region leads to significant increase in pressure drop along the mixing zone of extruder. Simulation results were validated quantitatively by experimental data. Furthermore, the flow type and profile in the extruder were discussed by using the influence of screw speed and screw configuration as exemplary process parameters. To evaluate the dispersive mixing efficiency, material specific critical capillary number was implemented into particle tracking simulations. Maximum shear stress generated at the tip of the screws was used to calculate the maximum capillary ratio, and therefore to determine the dispersive mixing efficiency. The results show that increase in screw speed led to better dispersive mixing, although the generated shear stresses decreased. To investigate the influence of screw geometry, two different screw configurations were simulated. The results show that the dispersive mixing efficiency can be improved by using reverse kneading blocks at which more particles are exposed to high shear stresses.     

Velocity field in a twin-screw extruder

Velocity measurements inside the screw channels of a co-rotating, self-wiping, twin-screw extruder were carried out. A laser Doppler anemometer (LDA) system was used to measure tangential and axial velocity components in the translational region of one of the screws of a twin-screw extruder. The velocity measurements were carried out using heavy corn syrup at different screw speeds and for two forwards conveying elements differing in their pitch. It was found that velocity profiles in the translational region were substantially affected by the pitch of the screw element, however, screw speed (30–90 r.p.m.) did not have a significant effect on the shape of the velocity profiles. The range of velocity values in a 14 mm pitch screw element was wider than that in a 28 mm pitch screw element. Experimentally measured velocity profiles were compared with predictions of a one-dimensional model, which showed that the model underpredicted the velocity values, for the 14 mm pitch element.     

食品物料在双螺杆挤压机中流动状态分析

本文对同向啮合型双螺杆挤压机在挤压加工过程中食品物料流动状态进行了探讨 ,分析了双螺杆挤压机内存在的四种漏流形式。根据物料充满程度不同 ,沿轴向将双螺杆挤压机内整个轴向区域划分成物料部分充满段和完全充满段二段 ,通过理论分析可知模头压力与机筒内的完全充满段长度有关 ;为了简化流动方程的求解 ,沿径向将物料的流动分成输送区和啮合区两个区域 ,通过求解不同区域的方程并结合边界条件和约束条件 ,可对双螺杆挤压机内物料的流动进行模拟。