啮合同向差速双螺杆挤出机挤出聚乳酸流场分析

目的：探究不同差速比的螺杆组在流道性能上的差异,明确差速对聚乳酸材料挤出性能的影响。方法：应用Solidworks软件建立4组差速双螺杆组,通过Fluent软件进行网格划分和有限元数值模拟,使用CFD-post软件分析计算结果,并对其性能进行验证。结果：当进出口压力分别为0.2,0.5 MPa,单头基准转速为30 r/min时,差速比为1∶2和1∶3的螺杆在不同性能下各有优劣,螺杆的产量和机筒内压力在差速比为1∶2时具有优势,螺杆的混合能力在差速比为1∶3时具有优势。结论：对比传统双螺杆挤出机,差速双螺杆挤出机对聚乳酸材料的挤出性能为正向影响,可作为全新的聚乳酸改性设备。     

啮合异向双螺杆挤出机中螺杆端面结构参数对聚乳酸流场的影响

目的:探究啮合异向双螺杆挤出机中螺杆构型的改变对聚乳酸流场的影响。方法:通过Solidworks软件建立异向双头螺纹元件的理论模型和经两种不同方式调整结构参数后的螺纹元件几何模型,将建立的三维模型导入Gambit软件进行网格划分,再应用Polyflow软件进行流场模拟计算,最终借助Fieldview软件提取流场分布结果,对比分析修正时螺纹元件端面上结构参数的调整对剪切速率场、黏度场和速度场的影响。结果:修正时螺纹元件的结构参数经两种方式调整后均会对聚乳酸流场造成影响;两种对结构参数的调整方式均在不同程度上减小了流道内的剪切速率梯度,方式一还造成了流道内聚乳酸的黏度降低。结论:从对剪切速率场、黏度场和速度场的影响上看,经方式一调整后的螺纹元件更有利于挤出,而经方式二调整后的螺纹元件实体构型更贴近螺纹元件理论构型。     

同向全啮合双螺杆植物蛋白挤出机不同螺杆元件的仿真分析

为了明确和量化同向全啮合双螺杆挤出机各螺杆元件的功能,增加配置用于生产植物基肉双螺杆挤出机螺杆的合理性,以低温脱脂花生蛋白粉的物性参数为条件,对SLZ36型挤出机的3种元件长度为32 mm的螺杆元件双头螺旋元件、5啮合盘啮合元件及3齿形盘齿形元件的剪切速率、混合指数、物料停留时间、最大剪切应力分布进行仿真分析。采用Solidworks软件建立元件的几何模型,应用Gambit软件进行模型的网格划分及网格质量分析,在Polyflow软件中进行数值模拟,通过Fieldview软件对仿真结果进行后处理分析。结果表明：通过混合指数分析得到3种螺杆元件对物料的混合性能大小为齿形元件>啮合元件>螺旋元件;通过物料停留时间分析得到3种螺杆元件的轴向混合性能大小为齿形元件>螺旋元件>啮合元件;通过剪切速率及平均最大剪切应力分析得到对物料的剪切性能大小为啮合元件>螺旋元件>齿形元件。进行植物基肉双螺杆挤出机螺杆组合时,针对目前整个螺杆配置螺旋元件最多的情况,在进行物料更换时可以合理地配置啮合元件以增加螺杆剪切能力,配置齿形元件以增加螺杆的混合能力。     

聚乳酸在啮合同向双螺杆挤出机机头过渡体的流场研究

采用PALYFLOW软件数值模拟聚乳酸(PLA)在长径比为441的试验用小型啮合同向双螺杆挤出机机头过渡体的三维等温流场。在不同的工艺参数下,分析比较了过渡体内的速度场、压力场、剪切速率场和黏度场。结果表明:在适当温度下,增加螺杆转速与增加流量都可以提高流场效果,但与螺杆速度的增加相比,熔体流量的增加更有益于提高整个机头过渡体流场的混合与塑化效果,增加PLA成品的质量。     

PP熔体在非啮合双螺杆挤出机中流动的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件对PP熔体在双螺杆挤出机非啮合并列型螺纹元件中的流动进行了三维非等温非牛顿流场分析,求出了速度场、压力场、温度场的基本规律以及螺杆特性曲线的分布。计算结果对实际生产具有一定的指导意义。     

不同螺杆接触状态下异向双螺杆挤出机的流道分布规律

目的:探索聚乳酸在异向双螺杆挤出机不同螺杆接触状态下的流道分布规律。方法:用Solidworks软件建立啮合螺杆、部分啮合螺杆和非啮合螺杆3种几何模型;运用POLYFLOW流体仿真软件进行数值模拟;对3种螺杆不同接触状态下聚乳酸流体的压力场、剪切速率场与黏度场进行对比研究。结果:部分啮合状态下的异向双螺杆挤出机对聚乳酸有较好的建压能力与分散混合能力。结论:聚乳酸在部分啮合状态下的挤出效果优于其他2种螺杆接触状态。     

同向啮合型双螺杆挤压机挤压过程分析

对同向啮合型双螺杆挤压机内挤压过程进行了研究,并分析不同双螺杆挤压机之间的关系和影响因素,从公式中推出挤压机内物料完全充满段对挤压机生产和设计的影响。     

螺距变化对异向双螺杆挤出机流场影响的仿真分析

目的：以聚乳酸（PLA）为例,研究螺距变化下的异向双螺杆挤出流道的分布规律。方法：在Solidworks中根据理论端面曲线方程并修正,绘制变螺距与不变螺距两种三维模型,使用Workbench软件对两种螺杆构型使用扫略网格方法生成所需要的分析模型,再使用Polyflow流体仿真软件进行实际情况的模拟得到后处理结果,使用FieldView软件进行最终结果分析;研究聚乳酸流体在模拟条件下的压力、剪切速率以及黏度。同时使用Polystat统计模块对停留时间分布曲线RTD进行分析。结果：在其他条件相同的情况下,相比于不变螺杆,变螺距螺杆的压力变大,剪切速率和黏度波动增加,轴向混合性能提高,但自清洁能力降低。结论：螺距变化对聚乳酸来说存在一定的影响,但过大的螺距变化往往产生不利的影响,因此,需要结合实际情况具体设计合适的变螺距螺杆以提高产量和质量。     

四螺杆挤出机螺杆排列方式对聚乳酸流场特性的影响

目的：探究聚乳酸在四螺杆挤出机不同螺杆排列方式下的流道分布规律。方法：运用三维建模软件Solidworks分别建立一字型螺杆排列方式、四方型螺杆排列方式和环绕型螺杆排列方式下的螺杆模型与对应的流体区域模型,通过仿真软件Polyflow进行数值模拟。结果：一字型与环绕型的螺杆排列方式与四方型排列相比有更好的建压能力与分布混合能力,四方型排列对聚乳酸的输送能力较弱。结论：一字型螺杆排列方式的四螺杆挤出机对加工聚乳酸有较好的效果。     

同向旋转双螺杆挤压机螺杆的计算机辅助设计

通过ＭＤＴ计算机软件对同向旋转双螺杆挤压机双螺杆进行设计和分析,为探讨不同螺杆结构形式对挤压过程所产生的影响不同螺杆结构形式对挤压过程所产生的影响提供依据。     

In-line measurement of residence time distribution in a co-rotating twin-screw extruder

The residence time distribution in an intermeshing, co-rotating twin-screw extruder was measured in-line and off-line by stimulus–response technique. FD&C Red 40 was used as the tracer for the study. The die concentration was monitored in-line using a fiber-optic- equipped vis-near Infrared spectrometer while the color concentration in the off-line samples was measured using a charge coupled device (CCD) spectrometer. The in-line results correlated well with the off-line method. The effect of feed rate, water content and temperature on the residence time distribution were precisely determined and fit by the tanks in series (TIS) model.     

Velocity field in a twin-screw extruder

Velocity measurements inside the screw channels of a co-rotating, self-wiping, twin-screw extruder were carried out. A laser Doppler anemometer (LDA) system was used to measure tangential and axial velocity components in the translational region of one of the screws of a twin-screw extruder. The velocity measurements were carried out using heavy corn syrup at different screw speeds and for two forwards conveying elements differing in their pitch. It was found that velocity profiles in the translational region were substantially affected by the pitch of the screw element, however, screw speed (30–90 r.p.m.) did not have a significant effect on the shape of the velocity profiles. The range of velocity values in a 14 mm pitch screw element was wider than that in a 28 mm pitch screw element. Experimentally measured velocity profiles were compared with predictions of a one-dimensional model, which showed that the model underpredicted the velocity values, for the 14 mm pitch element.     

The influence of a barrel-valve on the degree of fill in a co-rotating twin-screw extruder

The influence of a barrel-valve on the degree of fill of a co-rotating, twin-screw extruder (MPF-50) built by APV Baker was measured by opening the barrel and by residence time distribution (RTD) measurements. The RTDs, which were measured by a radio tracer technique, were characterised by their minimum and average residence times and curve widths. Measurements were made at a ‘low’ and a ‘high’ barrel temperature profile, two mass flows and three screw speeds. The degree of fill and the minimum and average residence time increased when the valve in the barrel was closed. When the rotational speed of the screw decreased the hold-up in the extruder increased. The degree of fill during the measurements ranged from 30% to 56%, depending on the temperature, barrel-valve position, rotational speed of the screws and the feed rate. With a ‘low’ temperature profile the width of the curve was independent of the barrel valve position. When the barrel-valve was closed at ‘high’ temperatures, only a minor increase in the curve width, of the order of twice the measurement accuracy, was found.     

基于CFX的同轴变速双螺杆挤出机三维流场分析

目的：分析物料在改良后的同轴变速优化双螺杆挤出机流道中的工作状态。方法：运用ANSYS/CFX模拟分析双螺杆挤出机流道数值,得到物料的运动情况,并与传统双螺杆进行对比,通过宏观压力场、宏观速度场、速度流线图、速度矢量图对比分析两种螺杆的性能。结果：同轴变速优化双螺杆的建压能力、混合性能明显优于传统双螺杆,通过中段的减速输送可有效延长物料运输时间。结论：新型优化双螺杆在保留传统双螺杆优势的情况下,额外提升了建压能力和混合性能。     

不同螺槽深度下异向双螺杆挤出机流道仿真分析

目的:讨论聚乳酸在异向双螺杆挤出机不同螺槽深度下的流道分布规律。方法:使用Solidworks软件建立3种不同螺槽深度的螺杆元件及其对应的流道模型,运用Polyflow流体仿真软件进行数值模拟,借助FieldView软件对后处理结果进行数值分析;并对3种不同螺槽深度状态下的异向双螺杆挤出机的聚乳酸流体的压力场、剪切速率场和黏度场,以及停留时间分布曲线RTD进行对比分析。结果:通过改变螺杆元件的齿根圆直径及其对应的流道直径可实现螺槽深度的改变,在其他条件相同的情况下,螺槽深度越浅,压力波动越大,剪切速率波动越大,但黏度波动越小;螺槽深度越深,轴向混合性能越高。结论:螺槽深度的变化对流场混合性能存在影响并具有一定的规律性,可根据试验选择混合性能全面的双螺杆挤出机进行实际生产。     

同向旋转双螺杆挤压机产量和膨化效果的实验研究

采用向应面法研究同向旋转双螺杆挤压机操作变量对产量的影响 ,实验研究表明喂料速度和螺杆转速对常量有著影响 ,并在获得最大产量和良好膨化效果状态下对喂料速度和螺杆转速进行了优化 ,拟合的二阶统计模型适用于生产和挤压控制设计。