三螺杆挤出机啮合块混合特性的数值模拟

利用流场分析软件Polyflow对啮合块在不同参数下的等温稳态流场进行数值模拟。同时引入加权平均剪切应力,加权平均剪切、拉伸速率和回流系数等不同的评价指标以表征倒三角形三螺杆挤出机的混合性能。深入分析不同因素对啮合块混合特性的影响。结果表明:啮合块具有优异的分布和分散混合性能。啮合盘厚度增加导致流场中拉伸作用增强。增大错列角会使正向啮合块的剪切降低,拉伸增强,反向啮合块的趋势则与之相反;为啮合块的设计提供了依据。     

同向啮合双螺杆挤出机捏合块流道三维流场分析

利用ANSYS有限元分析软件对啮合同向双螺杆挤出机的捏合块流场部分进行了三维模拟分析。通过速度场求出流量 ,并求出拉伸速率、剪切速率及剪切应力来衡量混合效果。得到了机筒表面和啮合区的压力分布 ,找出了捏合盘几何条件 (间隙、错列角 )及操作条件 (转速、压差等 )对挤出机混合效果的影响。     

啮合同向双螺杆挤出机中组合螺杆性能的数值研究（Ⅰ）瞬态流场分析

采用聚合物流动分析软件POLYFLOW,数值模拟了聚合物熔体在组合式啮合同向双螺杆挤出机ZSK60的组合螺杆中的三维等温流动。在计算所得速度场和压力场的基础上,全面分析并讨论了由不同厚度和不同错列角的捏合块元件组成的组合螺杆的流场分布规律;研究了组合螺杆的输送性能和挤出稳定性;并分别采用平均剪切速率、平均特征剪切应力以及平均拉伸流动指数等瞬态混合指数表征了组合螺杆的瞬态混合特性。此外还考察了两种不同流变性质的聚合物熔体在组合螺杆中的瞬态流场分布规律。所得结论可为双螺杆挤出的数值模拟研究提供一定的方法指导,并为其工程实践提供一定的理论指导。     

异向双螺杆S型元件混炼效果的数值研究

使用Polyfl ow软件,数值模拟了高密度聚乙烯(PE-HD)/炭黑熔体在异向双螺杆挤出机流道内的流动,数值计算了不同S型元件流道内熔体的三维等温流场,采用粒子示踪分析法(PTA)分析了不同S型元件流道内粒子的拉伸效果、分离尺度和停留时间,考察了啮合方式和两螺杆装配方式对S型元件混炼效果的影响。研究结果表明,啮合方式主要影响螺杆的输送能力、剪切能力和分布混合能力,非啮合元件的输送能力约为部分啮合元件的1.14倍,停留时间约为部分啮合元件的2.5倍,但是其剪切能力仅为部分啮合元件0.86倍;而螺杆的装配方式则影响其输送能力、拉伸能力和分布混合能力,并列式装配元件的输送能力约为错列式装配元件的1.11倍,停留时间约为错列式装配元件的1.2倍,但是其拉伸能力不如错列式装配的元件。三种元件中,部分啮合元件的分散混合性能最佳。     

啮合异向双螺杆挤出机中捏合块元件对PE-HD/PS不相容体系混合效果的研究

在常规啮合异向双螺杆上引入不同错列角和不同捏合盘厚度的捏合块元件,将其用于高密度聚乙烯/聚苯乙烯（PE-HD/PS）不相容体系的混合,观察混合体系的相态并分析分散相的粒径。结果表明,增加捏合块元件后啮合异向双螺杆挤出机的分散混合能力得到了提高;捏合块的错列角和捏合盘的厚度对PE-HD/PS不相容体系分散相PS的重均粒径和粒径分布指数有较大影响。     

偏心距对波状单螺杆元件混合性能的影响

设计优化了偏心距分别为0、2、3.5、5 mm的波状单螺杆元件，采用聚合物流动分析软件Polyflow对不同偏心距的波状单螺杆元件进行流场和混合性能的数值模拟。采用粒子示踪法，分析比较粒子经历的最大剪切速率、非弹性应力张量第一特征值、停留时间、混合指数、混合效率、分离尺度等表征混合性能的特征参数，同时，以体积流率表征对输送效率的影响。模拟分析结果表明，偏心距逐渐增大，螺槽深度周期性变化增大，物料受到的剪切作用、应力作用、拉伸作用等得到增强，更多粒子经历了更大的剪切速率、混合指数、停留时间等，有利于多组分物料的破碎和掺混，波状单螺杆元件的分散混合和分布混合性能均逐渐增强，同时，保证了较高的输送效率。     

新型捏合盘元件不同螺杆构型混合性能的数值模拟

采用POLYFLOW模拟软件分析了啮合同向双螺杆挤出机中新型捏合盘元件下物料的流动模式。考察了新型捏合盘元件的斜棱旋向、捏合块组合的错列角对物料在流道中的剪切速率、出入口压差以及回流量的影响。数值模拟分析结果表明:4种新型捏合块构型的输送特性和混合性能均有所不同。在正向输送能力方面,右旋正向捏合块更佳,在分布、分散混合性能方面,左旋反向捏合块更佳,并且捏合块的正反向比单片捏合块的螺旋方向在输送能力、混合性能上影响更大。     

非啮合双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道三维流场分析

利用ANSYS有限元分析软件对并列型和错列型非啮合双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道非牛顿流体等温流动进行了三维模拟分析。在得出速度场和压力场的基础上，对剪切速率，剪切应力及剪切粘度进行了模拟。同时将并列型和错列型的模拟结果进行了比较，对其输送能力和混合能力进行了分析。     

高分散混合元件设计及混合性能的研究

根据啮合同向双螺杆挤出机的啮合原理,设计了一种高分散混合双螺杆元件。运用Polyflow有限元分析软件对该双螺杆元件的3种螺杆构型的流场进行了模拟分析,并且对这3种螺杆构型进行了实验研究。研究表明,错列角为150°的元件的分散混合性能最好,其次是错列角为30°的元件,错列角为90°的元件的分散混合性能最差。     

不同螺杆构型的聚合物塑化过程混合特性分析

螺杆混合性能是影响聚合物塑化质量和均匀性的重要因素之一。采用扭转元件、销钉元件、Maddock元件及常规螺纹元件,应用计算流体力学软件Polyflow对5种螺杆构型的混合特性进行了数值仿真分析,结合停留时间分布、剪切速率分布、拉伸速率分布、混合指数和非弹性应力张量的第一特征值等参数比较全面地对其混合能力进行了比较。结果表明,5种螺杆构型流道内物料均以剪切流动为主,Maddock元件的剪切作用最明显,具有分流功能的结构可以在一定程度上强化对物料的拉伸作用;2种扭转元件对于物料的混合效果相对较好,其次是销钉元件和Maddock元件,最差的是常规螺纹元件。     

聚丙烯/无机纳米粒子在双螺杆挤出机内的分散混合效果数值模拟

采用三维有限元数值模拟方法,研究了聚丙烯(PP)/无机纳米粒子在双螺杆挤出机的三种螺杆组合元件流道内的分散混合效果。通过对比分析三种螺杆组合下无机纳米粒子的剪切应力和剪切速率、停留时间分布及粒径分布等结果,发现含错列角45°捏合块的螺杆组合对其流场中大部分粒子的剪切作用最强,含错列角60°捏合块的螺杆组合次之,含错列角90°捏合块的螺杆组合最弱。与另两种螺杆组合相比,含错列角45°捏合块的螺杆组合流场中,无机纳米粒子团聚体的数量最少,剥离出的碎片数量最多,即在含错列角45°捏合块的螺杆组合条件下无机纳米粒子在PP熔体中的分散效果最好。     

啮合异向双螺杆不同螺纹元件的数值模拟及其制备PP阻燃电缆的研究

首先应用POLYELOW软件对啮合异向双螺杆常规三头螺纹元件和VCR(Various Clearances Rotors)元件进行流场模拟。通过对剪切速率场、压力场、平均剪切速率分布、平均压力分布、停留时间分布、最大剪切速率概率密度分布的对比研究,发现VCR元件和常规三头螺纹元件均有较好的混合能力。分别用带有这两种元件的螺杆组合对即阻燃材料进行挤出实验,制得了力学性能较好的样条,实验结果与模拟预期的结论基本一致。     

注射机屏障型螺杆结构设计及其数值模拟研究

根据生产实际设计了几款不同结构参数的屏障型螺杆混炼元件,并借助计算流体动力学软件POLYFLOW分别对各结构进行数值仿真,并对其混炼性能和塑化能力进行了对比。结果表明:增加螺槽深度有助于提高混炼元件作用下的熔体的混合指数,但会导致熔体压力下降;屏障间隙与剪切速率成反比例关系,当屏障间隙约为1 mm时,屏障混炼元件对熔体具有较好的剪切作用和拉伸作用;螺旋角为60°时,屏障元件具有良好的拉伸速率、剪切速率和熔体压力。     

屏障混炼塑化单元在成型加工中的聚合物输送特征研究

对新型聚合物叶片注塑成型机中的屏障混炼塑化单元进行了三维建模,采用网格重叠技术对流体区域进行网格划分。通过对轴向压力分布以及偏心距与剪切速率、拉伸速率关系的研究,分析了该单元成型加工聚合物输送特征。结果表明:新型屏障混炼塑化单元具有良好的正位移输送能力,有利于聚合物熔体的塑化混合,其中由转子转动产生的空隙体积的变化是屏障混炼塑化单元产生拉伸流场的主要原因;随着偏心距的增大,屏障混炼塑化单元的剪切速率和拉伸速率均增大,拉伸流场的作用增强,从而在剪切流场的基础上实现了强拉伸流场。     

啮合同向双螺杆3种构型的模拟分析和实验研究

通过数值模拟方法对3种含捏合盘元件螺杆构型的剪切速率、停留时间和回流量等指标进行了分析,通过实验对3种螺杆构型的混合性能进行了对比。结果表明,90°捏合盘元件与反向捏合盘元件组合可以达到较好的分布混合效果,45°捏合盘元件与反向捏合盘元件的组合可以达到较好的分散混合能力,捏合段加入反向螺纹元件并不能提高分布混合能力,但可以延长停留时间。     

螺杆组合对三螺杆挤出机混合性能的影响

使用聚合物流体分析软件Polyflow对倒三角三螺杆挤出机的5种螺杆组合进行了三维等温数值模拟。使用Fieldview软件统计结果。通过构建不同螺杆组合的等温稳态流场,并采用混合指数、回流量和平均停留时间评价分散、分布和轴向混合性能。辅以压力分布,剪切速率和拉伸速率等评价指标,为螺杆组合优化提供依据。最终达到根据物料所需的加工条件选择螺杆元件的组合方式,获得所期望产品的目的。     

啮合同向双螺杆挤出过程组合流道（捏合块＋螺纹元件）三维流畅分析

利用ANSYS有限元分析软件对啮合同向双螺杆挤出机由捏合盘和螺纹元件组合而成的流道进行了三维等温非牛顿模拟分析，得到了组合流道的速度场和压力场。并对螺纹元件流道、捏合块流道及组合流道的流量、回流量、拉伸速率、剪切速率及剪切应力进行了比较。     

啮合同向双螺杆挤出过程组合流道(捏合块 螺纹元件)三维流场分析

利用ANSYS有限元分析软件对啮合同向双螺杆挤出机由捏合盘和螺纹元件组合而成的流道进行了三维等温非牛顿模拟分析 ,得到了组合流道的速度场和压力场。并对螺纹元件流道、捏合块流道及组合流道的流量、回流量、拉伸速率、剪切速率及剪切应力进行了比较。     

卧式单轴捏合反应器流动与混合特性的数值模拟

选取卧式单轴捏合反应器为研究对象,搭建了一个可视化实验装置来研究其分布混合过程,并且通过三维有限元数值模拟方法和网格重叠技术获取了高黏牛顿流体在反应器中的流速分布、剪切速率分布与混合指数分布,进一步采用粒子示踪技术分析了全局与局部分布混合过程,对示踪粒子的运动轨迹进行统计分析得到了拉伸率与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响。结果表明,实验与数值模拟结果吻合较好。捏合反应器中几乎不存在流动死区,搅拌轴上的动态捏合杆与搅拌槽壁面上的静态捏合杆之间存在周期性的捏合作用,可以强化自清洁性能、剪切作用、整体与局部分布混合过程、分散混合性能以及混合效率。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,时均混合效率大于零。     

双螺杆挤出共混物分散相粒子的分散和分布（Ⅱ）：捏合盘错列角的影响

采用同向啮合双螺杆挤出机的不同螺杆组合形式,研究了捏合错列角对双螺杆挤出聚合物共混物表层和内层分散相粒子粒径及其分布的影响。发现螺杆后段采用不同错列角的捏合盘,对于分散相粒子尺寸和分布状态都有明显影响。在塑化区多段式组合的后段采用剪切强、停留时间长的捏合盘(K45°、K60°),可有效地减小分散相粒子尺寸但分布状态不理想;使用 K30°的捏合盘时,分散相粒子分布状态最佳;整体两段式螺杆的前段混合段中设置 K45°捏合盘,有利于分散相含量较少情况下粒子的尺寸及分布的均匀性的提高。