6Ⅰ型转子密炼机流场瞬态流动分析

采用瞬态流场分析方法,对6I型转子密炼机的流场和转子进行分析,得到不同时刻流场速度矢量图、剪切速率云图,以及特殊点的速度与压力曲线,并对不同位置的流线进行分析。结果表明,密炼机中间混合区的流场混合不只受到棱顶的挤压作用,棱部前端产生的推进流也会促进该区域的混合;转子长棱两端的泄流作用使得棱部产生弯曲变形,这大大影响了转子棱部的应力分布;转子棱顶部的形状会很大程度影响转子工作时的轴心位置,以及棱根部的应力分布;长短棱的轴向泄流虽然不利于棱部拖拽流的形成,但是泄流对于整体的混合流动具有积极作用,中棱处能产生最多的螺旋上升流,无论位于何处都可以汇聚大量流体并引导其轴向流动。     

6WI型转子密炼机瞬态工作特性分析

为分析转子轮廓对流场流动的影响,建立了流场的网格模型,采用瞬态流场分析方法,提取流场内特殊位置的数据,得到瞬态流速、压力与剪切率的变化曲线,以及特殊点所在平面的速度云图,并进行对比分析。发现在流场中央混合区,高速区受棱顶剪切流作用为主,低速区受棱部推进流作用显著;混合区左右转子的啮合作用对于高速区混合作业具有积极作用,对低速区混合作业具有消极作用;转子与外壁的啮合作用不会直接产生流体剪切,而是由间隙产生的拖曳流对流体进行剪切作用;长棱顶部产生的螺旋上升流具有轴向高速特征,是流场轴向流动的主要驱动力,也是流体循环流动的重要部分。     

基于流固耦合的密炼机动力学特性分析

采用单向与双向流固耦合计算方法,对密炼机在3种不同工况下的内流场及结构场进行分析,得到流场瞬态剪切率和结构场最大应力位置与最大位移位置的等效应力,以及最大位移的波动情况。计算结果表明,流场剪切率变化由转子几何外形决定,剪切率波动主频为1倍转子棱倍频,且双向耦合计算结果高于单向耦合计算结果;2种耦合计算得到的转子棱部应力、变形分布具有一致性,波动主频以转子棱顶啮合产生的低频为主;转子外轮廓结构是最大应力波动的主要因素,最大应力位置的自转频率对应力波动影响很小,但最大位移位置的自转频率对应力波动影响较大。     

4WS型转子密炼机气液两相流场分析

采用瞬态计算方法与滑移网格技术,对4WS型密炼机流场全填充条件与气液两相条件进行对比分析。结果表明,全填充条件下,流场的最大速度以及最大剪切速率均位于转子棱顶位置,压力最大正压位于转子推进区,最大负压出现在背压区,转子棱顶掠过部位具有较高的混合指数,背压区混合指数最低;气液两相条件下,胶料流出两侧密炼室时几乎没有扩散流动,速度与剪切速率最大位置不仅位于转子棱顶,还存在于两侧密炼室内胶料相与空气相交界面处,左右密炼室胶料群内具有较高的混合指数,且没有明显分布规律。     

4WS转子密炼机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序结构分析

采用拉格朗日拟序结构的分析方法,对标准四棱4WS转子密炼机聚合物混沌混合进行研究。利用网格叠加技术(MST),计算了密炼机二维流场的速度场分布。在此基础上,利用基于拉格朗日体系的有限时间Lyapunov指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS),结合Poincaré映射和粒子可视化技术,分析了4WS转子密炼机二维流场的混沌混合特性;讨论了转子几何结构对FTLE和LCS分布的影响以及密炼机二维流场潜在的动力学和几何特性。结果表明,由于物质线的封闭状态,导致了密炼机近转子区流体输运受到了阻碍,因此,增强近转子区与远转子区的物质交换是进行转子优化的重要环节。由于4WS转子棱边独特的凹槽结构,在近转子区易产生马蹄形结构,在流域中形成同宿穿插结构,增强了近转子区和远转子区之间的物质交换,强化了密炼机流场的混沌混合。     

同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究

利用CFD软件Polyflow对banbury转子和roller转子的两种密炼机内熔体流场进行二维数值模拟.利用粒子跟踪法对两种类型转子密炼机的分散混合性能、分布混合性能、线拉伸以及混合效率进行了统计和比较.结果表明,由于roller转子截面的棱数多于banbury转子,在相同周期内,roller转子密炼机对熔体的剪切与拉伸作用次数多于banbury转子密炼机,因而提高了拉伸速率和剪切速率,roller转子密炼机具有较高的分散性和分布性混合效率.     

电磁动态密炼机四棱异步剪切型转子的设计及模拟分析

设计电磁动态密炼机四棱异步剪切型转子,建立在电磁振动条件下转子的三维数学模型,并运用专业流体软件Polyflow动态模拟分析转子流场的压力场、速度场、剪切速率分布、粘度分布、混合指数分布和浓度场。结果表明:在电磁振动条件下,转子流场出现最高压力、最大速度、最大剪切速率和最大质量浓度的时间缩短,转子突棱处的粘度很小,转子平滑处的粘度较大,混合指数较小,从而使胶料快速完成混炼,提高混炼效率,降低混炼能耗。     

基于流固耦合的密炼机转子瞬态工作特性研究

采用双向流固耦合计算方法,对密炼机转子系统进行瞬态模拟分析。转子应力从转子棱顶到转子根部逐渐增大,最大值出现在轴肩部位,而此部位并没有发生转子形变;最大变形出现在棱顶部位;转子棱部等效应力的最大值远小于转子轴部,最大等效应力出现在长棱和短棱相接区域;棱部最大变形的部位是流体具有最大速度的区域。通过对转子瞬态变形曲线分析发现异向转子更稳定,两种转向转子最小变形值趋势一致,但最大变形量差距较大,异向转子变形量较同向转子波动范围更小且异向转子应力分布相对集中,这也有利于提高转子的使用寿命。     

基于Polyflow的密炼机六棱同步转子流场的三维动态模拟研究

建立密炼机六棱同步转子的物理、数学和有限元模型,运用有限元分析软件Polyflow对其混炼流场进行三维动态模拟,分析混炼过程胶料压力场、速度场、剪切速率场、粘度场和混合指数分布。结果表明:在六棱同步转子棱推进面存在一个高压区域,而在棱的背面存在一个低压区域,对胶料的分散有利;在胶料流动过程中,在转子之间主要是剪切和拉伸流动行为,而在其他区域则以剪切流动为主。     

密炼机的三维流场模拟

建立同步转子和异步转子密炼机物理、数学和有限元模型，同步转子密炼机流场沿圆周取6个位置，异步转子密炼机流场沿圆周取3个位置，对密炼机流场进行有限元模拟。分析结果表明，同步转子密炼机流场在转子旋转一周内可分为两个循环，并有较多的漩涡，有利于提高胶料的分散和分布效果；异步转子密炼机流场的啮合部分有较多漩涡，在转子转过1／3周时，出现类似紊流的流动，有利于提高胶料局部分散。     

双转子连续混炼机转子混炼段流场的数值研究

采用有限元分析软件POLYFLOW对非牛顿聚合物熔体在ECM30双转子连续混炼机转子混炼段的三维等温流动进行了数值模拟，得到了转子混炼段流场的压力、各速度分量、剪切速率的分布。通过对这些流场参数分布的分析。发现在该类混炼机的轴向存在着一定的反向流动。使得该设备具有较强的轴向分布混合特性；另一方面，转子螺棱顶部与机筒内壁的问隙处存在较大的剪切速率，保证了对物料进行有效的分散。     

双转子连续混炼机混炼段拉伸作用的研究

采用有限元分析软件Polyflow对双转子连续混炼机混炼段的三维非等温流场进行了模拟,并通过PP/PS混炼实验进行验证。利用扫描电子显微镜观察混炼样品的断面形貌,分析流场特性。结果表明,在混炼过程中,螺棱交汇区物料所受的拉伸作用比正向输送区和反向输送区物料受到的拉伸作用大;在同一截面上,螺棱顶部附近物料受到的拉伸作用较大,C形区物料受到的拉伸作用比较小;转子螺棱顶部形成了收敛流道,可提供高的拉伸作用。总的来看,由于转子的特殊结构,从进口到出口物料经历了反复的拉伸、断裂、重新分布过程,分散混合效果得以强化。     

汽轮机动叶栅顶部泄漏流的大涡模拟

为了分析动叶顶部间隙泄漏流的流场特征和涡量变化规律,以某汽轮机为研究对象,采用大涡模拟方法对无围带和有围带动叶顶部的间隙泄漏流动进行研究。结果表明:无围带时,在0.85轴向截面处,叶顶间隙泄漏流在吸力面形成顺时针漩涡,随着时间的变化,泄漏涡经历了发展、退化的周期性过程;有围带时,叶顶间隙泄漏流在尾缘附近形成逆时针的泄漏涡,随着时间的变化,泄漏涡经历了远离尾缘到靠近尾缘的过程,泄漏流对主流的影响呈现了由强到弱再由弱到强的变化规律。     

折流式旋转床气相流场数值模拟研究

采用CFD方法对折流式旋转床气液两相流动及压降进行数值模拟,建立了二维物理模型,研究了折流式旋转床转速、动静圈对数、进气量对气相压降和气相流场的影响,并用实验数据对模型进行验证. 结果表明,计算与实验相对误差在15%以内. 气相压降随进气量和动静圈对数增加而显著增大;转速增加,压降增大,但不明显,压降主要集中在转子内部,占总压降的88%~97%,其中转子压降的55%~73%由拐弯处的摩擦阻力引起;气体在静圈下隙存在回流,在动圈上隙气体流动缓慢,存在流动死区,气速主要以切向速度为主(占80%以上),峰值位于转子外缘,并与气体入口存在较大速度梯度,径向和轴向速度所占比例较小,且因位置不同而不同. 速度变化和压降的变化是转速、进气量和动静圈数等共同作用的结果.     

折流式旋转床气相流场实验研究

在转子直径488mm、高104mm的折流式旋转床中采用五孔探针测量了不同转速和气量下旋转床转子内腔的三维气相流场,对测定结果进行了分析,得到了气相流场矢量图.结果表明,旋转床转子内腔的气体螺旋式上升和下降,以切向气速为主,轴向气速和径向气速均较小.根据气体角动量守恒定律,越靠近旋转床轴心切向气速越大.同时分析了气体流量和转子转速对流场的影响,并获得了转子内腔的气体总压和静压分布.依实验数据计算出,当距离旋转床轴心的半径减小16.97%、转子转速增加54.18%、气体流量增加3.11倍,气体切向速度分别增加12%～41%,58%～88%和29%～73%.由无因次气体雷诺数、无因次半径和离心加速度,得到了计算无因次切向气速的经验公式,预测与实验结果吻合较好.     

密炼机啮合转子的三维流场模拟

采用ADINA有限元分析软件对啮合转子所形成的三维流场进行模拟分析,得到转子6个啮合相位角的速度场分布.分析发现,啮合转子混炼区在两转子啮合区域,并且啮合区域为高压力区,高压力点在短棱附近,为设计时校核转子强度提供了校核危险点,并为转子设计提供了可靠的理论依据和技术参数.     

铝粉高填充材料混合流场数值模拟及实验研究

应用Polyflow软件模拟计算了4种总长度为440 mm的螺杆熔体混合段内铝粉高填充复合材料的三维混合流场。通过对各个螺杆组合流道的剪切速率、剪切应力、轴向速度分布等指标进行分析,研究了这4种螺杆组合的流场分布规律和混合性能;分别对每个螺杆组合上的不同元件的混合特性进行直观的对比。数值模拟与实验分析结果表明,带有反向螺纹元件和捏合块的螺杆对填充材料中的超细铝粉具有更优的综合混合能力。     

刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨（刚性桨）和刚柔组合六直叶涡轮桨（组合桨）的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗（3 kW·m^-3）时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s^-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。