基于叶片挤出机加工的PP/PS共混体系相形态研究

应用最新研制的叶片挤出机,研究了PP/PS共混体系经叶片挤出机挤出的相形态演变过程,在此基础上对比分析了叶片挤出机和单螺杆挤出机加工PP/PS共混体系的最终相形态,以及挤出转速对PP/PS共混体系分散混合效果的影响。结果表明,和单螺杆挤出机相比,经叶片挤出机加工的共混物的分散相粒径更小、更均匀,且受共混体系组分的影响更小。叶片挤出机的转速,会影响PP/PS共混体系的分散混合效果。在本实验中,加工转速为60 r/min时,PP/PS(70/30)共混体系的分散相粒径平均尺寸达到最小,约为0.65μm,且分散最均匀。     

高剪切应力对PP/PS/EPDM材料力学性能的影响

采用在材料熔融挤出共混过程中提高双螺杆挤出机螺杆转速的方法,研究了较高螺杆转速条件下双螺杆挤出机的机械剪切应力对聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)/三元乙丙橡胶(EPDM)共混材料力学性能的影响。结果表明:双螺杆挤出机的高剪切应力可促进PS颗粒的分散和界面结合力的增强,促使共混材料力学性能的改善。EPDM对PP/PS共混材料具有增容增韧作用,在220℃的挤出温度下,当螺杆转速由240 r/min提高至1 200 r/min时,其PP/PS/EPDM(质量比81/9/10)共混材料的缺口冲击强度最高达22.0 kJ/m2,。     

非对称同向双螺杆挤出机加工PP/HDPE/POE共混复合材料的研究

首先分别采用两种不同的同向双螺杆挤出机(新型非对称同向双螺杆挤出机以及传统双螺杆挤出机),制备了聚丙烯/高密度聚乙烯(PP/HDPE)共混复合材料,通过试样力学性能以及微观结构形貌对其加工过程进行了表征。然后采用新型非对称同向双螺杆挤出机进一步制备出了PP/聚烯烃弹性体(POE)、PP/HDPE/POE共混复合材料,分析了HDPE及POE用量对复合材料力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察了共混复合材料的表面微观结构形貌。结果表明:新型非对称同向双螺杆挤出机具备更好的分布、分散混合能力,所加工共混复合材料的分散相颗粒粒径分布更加集中,粒径也更小;HDPE和POE对PP有良好的协同增韧作用,当PP、HDPE、POE的质量比为68:17:15时,PP/HDPE/POE共混体系的综合性能最佳。     

场协同理论在聚合物加工中的应用

对场协同强化传热理论在聚合物加工中的应用进行了探索性研究。采用数值计算方法分析了聚合物塑化系统中不同螺杆结构的流动与传热特性,对螺纹元件、Maddock元件、销钉元件进行了传热分析,验证了场协同原理在聚合物非牛顿流体强化传热中的可行性。基于场协同理论,提出了一种新型螺杆结构——扭转元件,并对2种扭转元件构型进行了场协同强化传热分析。结果表明,场协同原理可以很好地解释高黏度非牛顿流体的强化传热现象,以此为理论基础设计的新型扭转结构能够较好地改善速度场与温度梯度场的协同性,提高对流换热系数,强化对流换热性能。     

场协同螺杆熔融段的熔融过程及场协同分析

通过数值模拟的分析手段,对比了聚丙烯(PP)在场协同螺杆与普通螺杆熔融段的熔融过程,并运用场协同原理进行分析,从而揭示了场协同螺杆熔融段的流动传热特性及其机理。模拟结果表明,场协同螺杆在扭转元件放置处实现了对物料的径向翻转,增强了对流传热,加快了物料在螺杆熔融段的塑化进程,并且获得了更加均匀的温度场分布;同时其协同角比普通螺杆小,因此具有更好的速度场和温度梯度场的协同性。场协同原理的理论结果与流动传热模拟直接得到结果相吻合,该原理很好地解释了高黏度非牛顿流体的强化传热机理。     

POE-g-MAH对PP/PS合金形态结构和力学性能的影响

采用双螺杆挤出机反应挤出法制备了马来酸酐接枝乙烯-1-辛烯共聚物(POE-g-MAH)。研究了聚苯乙烯(PS)和POE-g-MAH对聚丙烯(PP)/PS合金形态结构和力学性能的影响。结果表明:PS能提高PP/PS合金的拉伸强度和弯曲强度,同时降低了其冲击强度;在PP/PS合金中加入少于5份的POE-g-MAH,不仅能够显著改善PP/PS合金的相容性,明显降低分散相的粒径,而且能够使PP/PS合金在保持较高的拉伸强度和弹性模量的同时,大幅度提高其冲击强度。     

单螺杆挤出机螺旋沟槽固体段压力的实验研究

在自制的压力测试仪上对单螺杆挤出机螺旋沟槽固体输送段的压力进行了实验研究,探讨了螺杆转速,沟槽衬套、螺杆的主要结构参数以及物料的粒径大小对挤出机固体输送段压力的影响,同时将螺旋沟槽单螺杆挤出机与IKV挤出机固体输送段的建压能力做了对比.实验研究表明:螺杆转速、沟槽宽度对固体输送段压力影响较小;粒径越小,螺杆螺距越大,挤...     

主要工艺参数对三螺杆挤出机流动混合性能的影响

采用Polyflow软件模拟了聚合物熔体PP在三螺杆挤出机计量段内的流动混合过程。借助统计学方法,将累积最大剪切应力分布、累积停留时间分布和混合指数作为评价指标,分析了主要工艺参数(喂料量和转速)对三螺杆挤出机流动混合性能的影响。同时进行PP/EPDM体系共混物制备实验,通过探究工艺参数对分散相粒径及其分布和力学性能的影响以验证数值计算结果。研究结果表明:喂料量和转速增大时,三螺杆挤出机的流动混合性能提高,但当喂料量和转速太大时却不利于三螺杆挤出机的流动混合。     

非对称差速三螺杆挤出机混合机理分析

设计了非对称差速三螺杆挤出机端面造型，并且，对比其与常规三螺杆、非对称双螺杆挤出机内流体混合行为。对流场中速度矢量场和压力场进行分析，同时，比较分布混合性能中停留时间、分离尺度和混合效率，分散混合性能中最大剪切应力、对数拉伸率和混合指数。结果表明，与常规三螺杆相比，非对称差速三螺杆能有效地避免常规三螺杆中心区回流较大的问题，正向输送能力更强，并且，啮合区两侧压差更大，有利于物料压延。流域内粒子停留时间分布区间集中，分离尺度显著降低，有利于物料分布混合。同时，能提供较强的拉伸作用，使流域内粒子受到更好的拉伸和折叠，从而使其具有较好的混沌混合能力，有利于物料分散混合。     

同向非对称双螺杆挤出PP/PA6形态演变

借助于自主研制转速比为2的剖分式同向非对称双螺杆挤出机,对PP/PA6共混体系的混合过程进行了沿程取样研究,并比较不同螺杆截面对形态演变过程的影响,利用等价平均粒径分析分散相的粒径。粒径统计分析发现,单头和双头螺杆螺槽内分散相的形态有所不同,且单头螺杆的分散混合能力高于双头螺杆,而在熔融后期螺杆端部,分散相平均粒径值有所下降。     

离心流化床中强制对流换热的实验研究

对离心流化床干燥器中气体与被干燥颗粒物料之间的强制对流换热进行了实验研究,获得了各主要运行参数对气固换热系数的影响规律,并利用场协同原理分析了对流换热强化的机理. 实验证明,在一定转速范围内,在气流速度方向和热流方向（温度梯度方向）一致时,换热的准则关联式具有Nu＝CRePr的形式. 获得了满足Nu～RePr呈直线关系的Pe(Pe=RePr)数变化范围和临界Pe数,当Pe数大于临界值后,离心流化床中对流换热强度随Pe数增加而增大的趋势会明显减缓并偏离线性区.     

振动圆管外流场的PIV实验研究及场协同分析

采用粒子图像测速（PIV）与CFD动网格相结合的方法,对振动圆管外近壁区流场进行了实验及模拟研究,得到了振幅1.3 mm、频率5～25 Hz范围内的管外流场速度矢量图,计算了不同工况下管外流场的平均场协同角余弦值。实验及模拟结果表明：振动能够显著增加管外近壁区的流体速度,能够在振动方向上的管壁两侧形成有效的冲刷,随着振动频率的升高其管外近壁区的平均速度近似呈线性增加,在共振点出现峰值;相同区域内振动工况的平均场协同角余弦值要明显大于无振动工况,但不同振动频率间的场协同角余弦值变化较小。同时,基于场协同分析初步提出了改善振动表面对流换热的措施。     

三角形布管方式下2种换热器的场协同分析

基于采用周期性全截面计算模型得到的帘式折流片换热器和折流板换热器壳程流体流动和传热数值计算结果,应用场协同原理对二者传热性能进行了分析。分析了帘式折流片换热器在壳程不同位置处的速度和湍流度,以及场协同角和对流传热系数,并与折流板换热器相同位置处的情况进行了对比。由于折流板壳程流体为横向流动,而帘式折流片壳程总体上是纵向流动,故折流板换热器的平均流速和湍动度稍高于帘式折流片换热器,平均流速为帘式折流片换热器的1.15倍,其湍动程度为帘式折流片换热器的1.4倍;折流板换热器2条验证线上的场协同角的平均值均小于帘式折流片换热器。研究结果为管壳式换热器结构改进和性能提升提供了参考依据,同时帘式折流片换热器的这种结构特点对于节能降耗的研究也具有重要意义。     

双波纹板束逆流传热与流动的数值模拟和实验研究

利用Fluent软件对一种全焊式双波纹板式换热器的板束传热与流动性能进行数值模拟,运用场协同原理进行强化传热机理分析的同时对双波纹板式换热器进行传热实验,验证数值模拟和理论分析的合理性。结果表明：双波纹结构使得流体在流道形成湍流,减薄板片的层流边界层并且改善了主流区域的速度与温度梯度的协同程度,强化传热。双波纹板束本身的传热系数受到板束热侧入口尺寸的影响,并且在固定尺寸上达到峰值,增大冷热流体入口速度可以提升板束的传热能力,同时也受到压降增大的影响。     

松木屑颗粒热解过程中的热/质传递规律

为探索在固定床反应器中有机固废颗粒热解过程中的热量、质量传递机理,本研究从颗粒尺度上对有机固废松木屑颗粒热解过程建模分析,模型中考虑了焦油的二次裂解反应及挥发分在颗粒孔隙中的质量、动量传递过程,并采用达西定律模拟了挥发分在颗粒孔隙内的流动现象,对颗粒热解过程的吸热反应以及挥发分逸出时的对流换热对颗粒温度的影响进行考察。基于两步反应动力学模型,探讨了不同颗粒尺寸、热解温度对有机固废松木屑颗粒热解过程的影响。结果表明,热解吸热反应和挥发分的对流换热阻碍了热量向颗粒中心的传递,延长了颗粒达到均温的时间;松木屑颗粒热解时,颗粒内会存在明显的温度梯度,在颗粒表面主要受化学反应动力学限制,在颗粒内部则主要受热量传递过程限制。此外,热解温度越低,粒径越大,颗粒内部的传热阻力越大。松木屑颗粒完全热解所需时间会随着颗粒粒径的增大而增加,但当颗粒粒径在10mm以上时,随着颗粒粒径的增大,颗粒完全热解所需时间的增量要大于10mm以下颗粒。     

单相自然循环回路的强化对流传热特性

通过实验对比分析了带有单相自然循环回路元件的铜板与光滑铜板相隔冷热空气逆流换热的换热效果。 结果表明，相同泵耗功情况下，加装单相自然循环回路元件的换热板的换热量是光滑铜板的1.1~1.3倍。在此基础上，本文通过数值模拟进一步对比分析了加装单相自然循环回路元件与相同形状、尺寸的铜翅片换热效果，针对影响自然循环回路传热性能的主要因素，如循环回路高度、横向与轴向倾斜角度、冷热源温差等，进行了数值模拟研究。结果表明：只有当温差超过等效温差点后，自然循环回路元件的换热效果才强于相同形状和尺寸的铜翅片；随着几何尺寸减少以及倾斜角度的增加，自然循环元件与铜翅片的等效温差点随之升高。     

气淬高温熔渣颗粒运动和换热特性的数值分析

建立了高炉渣颗粒运动与换热过程的数学模型，利用FORTRAN语言编写程序，通过四阶Runge?Kutta方法求解其动力学和传热方程，计算时充分考虑熔渣与冷却空气主要热物性参数随温度的变化，采用温度回升法计算熔渣凝固过程释放的潜热，提出在气淬空气中添加喷雾强化熔渣冷却，考察了渣粒尺寸对换热过程的影响。结果表明，飞行过程中渣粒速度受气淬空气影响先增大后减小；温度降低趋势随运动距离增加而减小，主要受对流换热系数影响，凝固过程持续时间较短；喷雾使渣粒在飞行过程中整体冷却速率明显升高，最终温度明显降低，而对熔渣的运动影响较小；相同初始工况下，熔渣粒径越小，运动越易受流场影响，渣粒整体冷却速率较高，换热效果越好。     

Lightnin静态混合器内纳米流体湍流传热特性分析

静态混合器作为一种高效传热传质连续流强化设备,在化工过程强化技术中具有明显技术特色。由于缺乏纳米流体的物性对Lightnin静态混合器（LSM）内传热特性影响的研究,一定程度上制约了LSM强化传热应用的进一步推广。本文采用混合多相流模型和SST k-ω湍流模型,在Re=8000~28000和恒热流密度条件下,从熵产以及速度场与温度场的协同性等方面分析纳米颗粒的体积分数、种类及粒径大小对LSM内传热特性的影响。结果表明,随着Cu纳米颗粒体积分数的增加,纳米流体的综合传热性能及温度场与速度场的协同性能逐渐增强,总熵产率和Be数逐渐减小,体积分数为0.5%~2.0%的Cu-H₂O的纳米流体在Re=8000~28000范围内的综合传热性能系数（PEC）分别达到2.16~2.25、3.16~3.25、3.94~4.15及4.64~5.16。Cu-H₂O、Al₂O₃-H₂O及CuO-H₂O这3种纳米流体相比,Cu-H₂O纳米流体的强化传热性能要远好于其他两种纳米流体,Al₂O₃-H₂O及CuO-H₂O纳米流体的平均PEC分别是Cu-H₂O纳米流体的0.47倍和0.46倍。随着Cu纳米颗粒粒径的增加,纳米流体的综合传热性能和温度场与速度场的协同性能逐渐减弱,总熵产率和Be数逐渐增加。     

Progression of wet granulation in a twin screw extruder comparing two binder delivery methods

The two available wetting methods for twin screw granulation, namely foam delivery and liquid injection, were studied in detail by examining granule development along the screws as powder formulation and screw design were varied. Granulation profiles were determined by particle size analysis of samples along the screws collected using the “screw pullout” technique. Analysis of the particle size and porosity of produced granules revealed only minor differences between the two methods of wetting despite the larger dropsize of liquid injection compared to foam delivery. Excipients like microcrystalline cellulose or hydroxypropyl methyl cellulose with poor spreading properties, quantified by their specific penetration time and nucleation ratio, made the differences more apparent. The general similarities in granulation independent of wetting method implied that binder dispersion in an extruder was dominated by mechanical dispersion. Screw design (i.e., location of kneading block) had the dominant effect on the granulation process in this study. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 780–791, 2015     

单螺杆挤出机螺旋沟槽固体段产量的实验研究

在自制的测试仪上对单螺杆挤出机螺旋沟槽固体输送段的产量进行了实验研究,探讨了沟槽衬套、螺杆的结构参数,物料粒径大小及螺杆转速对单螺杆挤出机固体输送段产量的影响,同时将螺旋沟槽单螺杆挤出机与IKV挤出机固体输送段的产量进行了对比。实验研究表明：粒径越小,螺旋衬套沟槽越宽,固体输送段产量越高;螺杆螺距变化对挤出机固体输送段产量的影响很小;IKV直槽挤出机固体输送段的产量明显小于螺旋沟槽衬套挤出机的固体输送产量,而且随着转速的增加,趋势越明显。