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。     

螺杆构型对三螺杆挤出机混合效率的影响

建立了三种不同螺杆类型的三螺杆挤出机几何模型和有限元模型, 运用P o l y f l o w软件对其进行数值 模拟。采用粒子示踪法计算了混合指数、 剪切速率、 对数拉伸指数、 瞬时混合效率和时间平均混合效率等评价参数。 结果表明, 随着螺杆头数的增加, 三螺杆挤出机在相同周期内对物料的剪切和拉伸次数增加, 混合效率逐渐增大。     

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。     

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。     

三螺杆挤出机螺杆组合流体流场及流固耦合特性分析

采用有限元法对4种三螺杆挤出机组合螺杆流体进行流场分析,重点分析了速度场、压力场、最大剪切速率、最大拉伸速率、停留时间的分布情况。结果表明,组合螺杆在一定程度上能够削弱轴向速度,延长停留时间,有利于物料充分混合。在此基础上,采用ANSYS/workbench软件进一步分析了流固耦合作用对三螺杆挤出机组合螺杆变形的影响。分析结果表明,组合4混合性能较好,耦合场作用下螺杆变形相对较小,设计较为合理。     

双螺杆挤出机输送段制备PP/TiO2纳米复合材料的反应过程数值模拟

采用有限元法,利用POLYFLOW 软件,建立双螺杆挤出机输送段三维非等温模型,数值模拟了双螺杆挤出机输送段中通过溶胶-凝胶法制备聚丙烯/二氧化钛(PP/TiO2)纳米复合材料的反应过程,分析了螺杆转速、螺距、前驱体质量分数等控制条件对PP/TiO2纳米复合材料的混合效率及反应速率的影响。结果表明,随着螺杆螺距的增加,挤出机内物料温度逐渐升高,混合效率逐渐增大,平均转化率也逐渐升高;增加转速和前躯体质量分数,平均转化率降低,不利于反应的进行。     

三角形排列三螺杆反应器挤出特性的数值模拟

三角形排列三螺杆反应器是一种新型的多螺杆挤出设备,对其结构的设计和挤出工艺的研究还处于起步阶段。利用CFD法对聚合物熔体在三角形排列三螺杆反应器中的流动规律进行了计算机模拟,分析了物料在三螺杆中心区的流动和混合情况。计算了三螺杆反应器的螺杆挤出特性参数,并和双螺杆反应器进行了对比分析。结果表明,最小轴向速度并未出现在最大面积的中心区内,而是出现在最小面积的中心区内,三螺杆反应器的流动死区出现在最小面积中心区。与双螺杆反应器相比,三螺杆反应器具有较强的物料输送能力、塑化和混合能力;同时,三螺杆反应器的产能比又大于双螺杆和四螺杆反应器,因此,三螺杆反应器具有较好的工程应用前景。     

新型单螺杆挤出机组合螺杆混合特性分析

螺杆的几何构型对单螺杆挤出机混合特性具有重要的影响。选取三种具有特殊构型的六菱形螺纹元件、四菱形螺纹元件和齿形螺纹元件,设计了三种针对不同加工工艺要求的新型单螺杆挤出机组合螺杆,研究了聚乳酸在三种组合螺杆中的流动和混合特性。结果表明,在组合螺杆压力交界处产生了较大的压力梯度;菱形螺纹元件可为物料提供高拉伸作用,流体在流道中停留时间较短,混合性能较差;齿形螺杆元件既可为物料提供高剪切作用,也可提供高拉伸作用,停留时间较长,混合效果较好。     

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.     

冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接性能试验研究

开展冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接抗剪性能试验研究,完成35个典型试件单调拉伸及低周往复加载试验,分析结构防火一体板厚度、螺钉直径、螺钉端距及加载角度等因素对其抗剪性能的影响。结果表明：不同加载角度及螺钉端距的试件呈现不同的破坏模式,主要包括板材端部撕裂破坏、板材孔壁承压破坏、板材被拉断破坏等,且破坏时试件的自攻螺钉存在不同程度的倾斜。对于试验端分别采用直径为4.8、5.5 mm螺钉的试件,试件的峰值荷载及延性系数与螺钉直径无明显相关性,弹性刚度随着螺钉直径增大而显著提升;随着螺钉端距由15 mm增大至25 mm,试件的弹性刚度无明显变化,而峰值荷载和延性系数提高了约35%;随着板厚由12 mm增大到20 mm,试件的峰值荷载提高了约40%,弹性刚度提高了约90%,延性系数降低了约30%;与加载角度为0°的试件的特征参数相比,加载角度为45°时,试件弹性刚度提高了约100%,峰值荷载及延性系数无明显差别;加载角度为90°时,试件弹性刚度及峰值荷载无明显差别,延性系数降低了约40%。     

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。     

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.     

股骨颈骨折固定方式研究

为了对股骨颈骨折内固定治疗方法中的螺钉固定角度、螺钉数量和螺钉组合方式进行合理选择以达到最佳的复位稳定性.建立基于Lindon分型方式,包含不同影响因素,更精确的股骨颈骨折内固定的三维有限元模型,并依据材料属性参数与CT图片灰度值之间的关系为模型赋予非线性的材料性质,模拟生理载荷条件对模型施加载荷.通过对螺钉固定角度模型组的分析,得到不同骨折面角度所对应的最佳的单钉固定角度;通过对螺钉数量模型组的分析,可知在手术条件允许的情况下螺钉数量越多越好;通过对螺钉组合方式模型组的分析,结果表明:3钉呈倒三角放置略优于3钉呈正三角放置,3钉呈正三角放置优于2钉,而2钉平放与2钉斜放的优劣取决于骨折面角度.     

Numerical simulation on influence of jet angle on jets characteristics in flowing ambient fluid

Based on the stress-algebraic model,the turbulent buoyant jet with variable density was studied by the relation between density and concentration.A simple expression for buoyancy coefficient was proposed.The governing equations of turbulent buoyant jet with variable density were closed by introducing the expression of β and the relation between density and concentration.Numerical results for the jet axis with density difference agree well with experimental ones.By finite volume method,the 2-D vertical jet's flow field with different jet angles was studied.The analysis of the relation among the vortex center,the position of separation point and jet angles shows that the circumfluence field is the largest when the jet angle is 90°.The area turbulent kinetic energy kA is proposed and the relationship between mixing intensity and jet angles is analyzed based on it.Results show that the jet angle of is the optimum condition for jet water mixing with environment water;and the reduced rate of difference between the centerline density of jet and the density of ambient water is the largest at the jet angle of 90°.