基于CFD多螺杆反应器挤出特性的分析

利用ANSYS/FLOTRAN 程序对聚乙烯熔体在双螺杆、一字型三螺杆、三角形三螺杆和四螺杆反应器中的流动进行了分析, 对三角形三螺杆和四螺杆反应器中流道的中心区进行了重点研究, 并对4 种类型反应器的挤出特性进行了比较。结果表明, 螺杆反应器的啮合区具有较大的速度梯度, 有利于物料的充分混合。双螺杆、一字型三螺杆、三角形三螺杆和四螺杆反应器的啮合区个数分别为1, 2, 3, 4 个, 由于啮合区个数的增加, 其物料混合能力也逐渐增强。三角形三螺杆和四螺杆反应器具有特殊的结构“中心区” 。中心区的物料形成环流, 环流的存在促进了中心区物料的混合, 增加了物料在中心区的混合时间;经过计算, 物料不能滞留于中心区。双螺杆、一字型三螺杆、三角形三螺杆和四螺杆反应器的流量、回流量、回流系数以及平均剪切速率依次逐渐增大。从理论上验证了多螺杆反应器在物料输运能力以及物料混合能力等方面均具有较佳的能力, 多螺杆反应器更适合聚合物的加工。     

双螺杆反应器同向啮合螺纹元件的三维流场分析

双螺杆反应器是一种新型的高效反应器 ,且对环境几乎无污染 ,但许多理论尚处于不成熟阶段。高粘度物料在双螺杆反应器中的流动情况非常复杂 ,很难用解析法求解 ,利用ANSYS有限元分析软件对双螺杆反应器同向啮合螺纹元件进行了三维等温非牛顿流场分析 ,给出了速度场、压力场、粘度场的基本规律以及螺杆特性曲线的分布。计算结果表明 :在啮合区 ,物料的压力梯度、速度、剪切应力较大 ,粘度值较小 ,物料在啮合区能进行充分的混合、反应 ;螺槽中的物料具有较大的正轴向速度 ,表明大部分物料沿挤出方向流动。流量和螺杆转速成正比 ,流量和流道两端的压差成反比。     

双螺杆非啮合螺纹元件错列角对挤出特性的影响

高粘度物料在双螺杆挤出机中的流动情况非常复杂,很难用解析法求解。利用大型有限元软件AN-SYS对4种不同错列角的非啮合螺纹元件进行了流场分析,讨论了错列角对速度场、压力场、流量和回流量的影响。计算结果表明:随着两螺杆错列角的增加,两螺杆在啮合区的物料混合、交换能力逐渐增强,分散性混合能力逐渐增加;随着两螺杆错列角的增加,螺杆的物料输运能力逐渐降低,分布性混合能力增强。在实际生产中,应当根据加工物料种类的不同,选择不同的错列角,以便在满足产品质量的同时,获得较佳的生产能力。     

双螺杆反应器非啮合并列型螺纹元件流场数值模拟

螺杆反应器是一种新型的高效反应器 ,且对环境几乎无污染 ,但许多理论研究尚处于不成熟阶段。高粘度物料在双螺杆挤出机中的流动情况非常复杂 ,很难用解析法求解 ,利用ANSYS有限元分析软件对双螺杆挤出机非啮合并列型螺纹元件进行了三维非等温非牛顿流场分析 ,给出了速度场、压力场、温度场的基本规律以及螺杆特性曲线的分布。计算结果表明 :在螺棱处 ,物料的压力梯度和速度较大 ,在啮合区的温度较高 ,应当采取适当的降温措施 ;流量和螺杆转速成正比 ,流量和流道两端的压差成反比。     

同向双螺杆挤出机过渡段流体的三维数值模拟

针对某工厂双螺杆挤出机出料速度不均,产品断面有裂纹等问题,应用POLYFLOW软件数值模拟了同向旋转双螺杆挤出机过渡段流道内流体的三维等温流动,给出了物料的粘度和剪切应力随进出口压力、螺杆转速变化的分布规律,重点讨论了工艺参数对过渡段的性能的影响。模拟结果表明:随着进出口压差的增大和螺杆转速的增加,剪切应力均增大,出口物料所受剪切应力梯度变小,过渡段分散混合能力增加,有利于物料在过渡段内的均化。随着螺杆转速的增加,物料在过渡段内停留时间过短会影响物料塑化质量。     

偏心三螺杆挤出机混合机理分析

针对偏心双螺杆挤出机自身结构存在的局限性,设计了一种新型偏心三螺杆挤出机。利用Polyflow软件,分析了压力场、剪切速度场、速度矢量场、混合指数、分离尺度、平均混合效率、对数拉伸率等参数;研究了偏心三螺杆挤出机的流动和混合机理,并与偏心双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明,在相同的条件下,偏心三螺杆挤出机拉伸折叠效果更好,混合效率高于偏心双螺杆挤出机,为进一步探究混沌混合机理和优化偏心多螺杆挤出机提供了理论依据。     

基于离散单元法的锥形双螺杆输送及混合机理分析

锥形双螺杆挤出机结构模型与其他普通螺杆挤出机相差很大且构成独特,近年来在聚合物加工行业中发挥了很大的作用。设计螺槽深度与螺杆半径比为1∶2、2∶5、1∶3的三种锥形双螺杆挤出机,通过离散单元法模拟了锥形双螺杆挤出机挤出LDPE、HDPE两种颗粒的过程,分析了锥形双螺杆挤出机螺槽内颗粒速度的变化,同时在不同参数下对三种锥形双螺杆挤出机的输送效率进行了比较。利用EDEM软件对LDPE和HDPE颗粒进行离散元分析,得出不同时刻两种颗粒在三种锥形双螺杆挤出机内的混合情况。结果表明,螺槽深度与螺杆半径比为1∶2的锥形双螺杆挤出机的混合效率优于螺槽深度与螺杆半径比为2∶5、1∶3的锥形双螺杆挤出机。     

三层搅拌桨排列方式对流场影响的数值研究

为了对在役聚苯乙烯反应装置的反应器进行优化设计和结构改进,利用计算流体力学方法(CFD)分析了在役反应器内物料的非稳态流动情况,计算了反应器内物料流动的宏观速度场和分析线的速度分布,研究了三层搅拌桨3种排列角对物料流动特性的影响。结果表明,在役聚苯乙烯反应器(三层搅拌桨排列角为0°)内物料的流动以周向流动为主,下层搅拌桨附近物料的径向混合效果好于上层搅拌桨附近的物料。由于受到上下桨叶的干扰,三层搅拌桨之间形成的循环涡流区受到抑制,涡流区面积较小。综合比较发现:排列角为120°的三层搅拌桨混合效果最好,其次是排列角为90°的三层搅拌桨,而搅拌桨排列角为0°的反应器的混合效果最差。     

同向旋转双螺杆挤出机聚合物熔体输送的数值模拟

建立了非牛顿粘性聚合物熔体在同向旋转双螺杆挤出机中的三维非等温流动模型,利用流体动力学分析软件包Polyflow,给出了螺杆内速度场、温度场、压力场以及粘性耗散热的分布.数值计算结果表明:啮合区及螺杆表面温度高,压力的最大最小值出现在啮合区,挤出量几乎与螺杆转速成正比.     

同向锥形双螺杆混合挤出性能的比较

为了给同向锥形双螺杆的设计和实际加工提供理论依据和技术支持,在螺杆转速为25r/min,进出口压差为零的条件下,使用POLYFLOW软件,数值模拟了同向和异向旋转锥形双螺杆、平行同向双螺杆混合挤出RPVC的过程,计算了3种双螺杆计量段流道内熔体的三维等温流场,用粒子示踪法统计分析了3种双螺杆的混合挤出性能,将同向锥形双...     

啮合块错列角对三螺杆混合段混合效率的影响

采用有限元法和网格重叠技术,利用Carreau-Bird流体模型,对同向啮合三螺杆挤出机混合段进行了三维混合数值模拟。计算了三螺杆挤出机的最大剪切速率、混合指数以及瞬时和平均时间混合效率等参数,并与双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明,在相同工况下,三螺杆挤出机的瞬时和平均时间混合效率大于双螺杆挤出机。     

Numerical Simulation of Twin-Screw Extrusion with Wall Slip

Wall slip boundary condition is first introduced into twin-screw extrusion with the Navier slip law. Three-dimensional isothermal flow in the twin-screw extruder is simulated by using the finite element package POLYFLOW. Profiles of velocity contours in the screw channel and shear rate distributions in the intermeshing region are presented for different slip coefficients. Curves of axial pressure difference, average shear rate and dispersive mixing index vs. the slip coefficient are plotted and discussed. Comparisons are also made between the wall slip conditions and the non-slip condition. The simulation results indicate that, as the level of wall slip decreases, the axial pressure difference rises, the shear effect is intensified and the axial mixing is also enhanced. All these flow characteristics seem to level off with the increase of the slip coefficient. However, because of the inherent limitation of the Navier slip law, use of an overestimated slip coefficient would predict an over-sticky state between the screw surface and the polymer melt.     

螺杆间隙及入口流量对三螺杆挤出机组合螺杆流场的影响

利用Polyflow软件,采用三维拟瞬态有限元模型,分析了螺杆间隙及入口流量对三螺杆挤出机组合螺杆聚合物流体的复杂流动和混合特性的影响。通过可视化云图分析了几何中心截面轴向速度、压力、剪切速率分布;采用粒子示踪技术,通过统计后处理曲线,分析了组合螺杆在不同条件下的轴向压力、轴向面拉伸率、混合指数 概率、分离尺度、累积停留时间概率函数、停留时间分布函数。结果表明,适当增大螺杆间隙能够增加停留时间,提高产品混合质量;入口流量较小时混合效果较好。     

Simulation of Polymer Melt Flow Fields in Intermeshing Co-Rotating Three-Screw Extruders

Screwextrudersarewidelyusedforcompound ingandblendinginpolymerprocessing.Inrecent years,intermeshingco rotatingthree screwextruders aredevelopedbasedonthetraditionalintermeshing co rotatingtwin screwextruders,inordertobring aboutmoreefficientmixingeffectovertraditional counterparts.Comparedtothetwin screwextruders,thethree screwextrudersenjoymoreflexiblearrange mentofscrewpositions,moreintermeshingregions andhigheroutput/energyratio,whichprobably promisesalargescopeforfuturedevelopment[1,2].So…     

滑移边界条件对同向啮合三螺杆挤出机混合性能的影响

利用计算流体力学软件Polyflow,考虑了螺杆表面的剪切应力与熔融体的滑移速度满足纳维线性定律,对不同滑移系数条件下二维正三角形排列的啮合同向三螺杆挤出机的混合性能参数进行了数值模拟。对比分析了不同滑移系数条件下中心区和螺槽区的混合指数及用探针技术分析了中心点的混合指数变化。并基于流场计算进行混合运算,研究了不同滑移系数对分离尺度、对数长度拉伸、瞬时和平均时间混合效率的影响。结果表明,螺杆表面的滑移边界条件对于三螺杆挤出机的分散性和分布性混合的计算结果具有较大的影响,为了提高计算精度,应采用适当的滑移边界条件和滑移系数。     

用反应挤出来进行ABS接枝马来酸酐的研究

通过反应型双螺杆挤出机的连接挤出,制备出了以ABS为主链,马来酸酐为侧基的反应活性聚合物。利用富里埃红外光谱确认了接枝反应的成功,用非水滴定法测定了接枝物的接枝率。研究了引发剂用量、接枝单体用量、挤出机螺杆转速等对接枝率及接枝物熔融指数的影响规律。