销钉单螺杆混炼段分布混合性能的数值研究

用正交设计法设计了9组不同排布的销钉单螺杆。采用混合熵作为评价销钉单螺杆混炼段混合性能的指标,数值研究了不同销钉结构的单螺杆混炼段内聚丙烯熔体的等温流动过程,考察了一个导程内销钉排数、每排销钉个数和销钉高度对销钉单螺杆混炼段混合性能的影响。结果表明,在所设计的正交试验中,沿螺杆挤出方向各截面的混合熵逐渐增大,出口处该值达到最大;在销钉螺杆混炼段一个导程内安装5排,每排5个高度为12 mm的销钉时,其混合性能较优。     

基于拉格朗日的单螺杆销钉挤出机混沌混合分析

从拉格朗日理论的新视角,分析了高分子聚合物熔体在单螺杆销钉挤出机内的流型结构以及流动行为,揭示了销钉强化聚合物熔体输运和混沌混合的机理。使用有限元软件Polyflow计算了流场的速度分布和混合指数;借助Matlab数学软件进行自主编程对速度场进行积分得到了三种不同销钉挤出机模型的有限时间李雅普诺夫指数。结果显示,在加入销钉之后,单螺杆销钉挤出机流域中出现了圆柱绕流现象,绕流产生的尾迹将撞击螺棱,销钉和螺棱的这种相互作用将加剧聚合物熔体的拉伸作用。每个销钉都将产生尾迹,随着销钉数量的增加,导致流域中产生了更多的尾迹。尾迹与销钉相互作用得到了增强,导致流域中产生了更多的涡结构,说明流域中的大部分熔体处于混沌混合的状态。混沌混合使销钉挤出机内的流体拉伸作用得到了增强,流体的混合指数得到增加,混合效率也逐渐增大。     

间断副螺棱强化单螺杆挤出过程混合性能模拟

建立了带有间断副螺棱的新型单螺杆计量段螺槽展开物理模型及数学模型。借助流体动力学软件Ployflow,采用网格叠加技术,对熔体在新型单螺杆及普通单螺杆挤出机计量段展开螺槽内的流动情况分别进行了数值模拟。运用粒子示踪技术及统计学方法以停留时间分布、分离尺度及累计混合指数为指标来表征螺杆的混合性能。结果表明,相比于普通单螺杆,新型单螺杆不仅可以减小熔体物料分离尺度,提高混合指数,还可以加宽停留时间分布概率密度曲线,获得更好的混合分散效果。     

数值模拟研究螺筒结构对单螺杆挤出机性能的影响

通过数值模拟研究了机筒内壁开螺槽的螺筒结构对单螺杆挤出机性能的影响。采用POLYFLOW软件模拟了硬质聚氯乙烯(PVC-R)熔体在单螺杆螺筒挤出机以及传统单螺杆挤出机中的三维等温流场及混合过程,并对二者的混合挤出性能进行了比较。结果表明:机筒内壁为螺旋沟槽结构的单螺杆螺筒挤出机,其混合性能相对于传统单螺杆挤出机有所提高。     

往复式挤出机螺杆往复运动及销钉排布对混炼性能的影响

应用黏性流体有限元数值模拟计算的方法,研究了Buss机内物料流场分布特征,分析了螺杆往复运动特征参数及销钉排数等对Buss机螺杆几何构型的影响,以及由此所造成物料微元所经历的最大拉伸长度分布和最大剪切应力分布的变化,从而揭示了往复式单螺杆销钉挤出机往复运动特征参数及销钉排数对高聚物熔体分布和分散混合性能的影响规律。     

间断副螺棱结构对挤出机内混沌混合影响的数值模拟

建立了混沌单螺杆挤出机计量段展开螺槽的物理模型及数学模型,根据流体符合Carreau定律,借助Ployflow软件,采用网格叠加技术,对聚合物熔体在插有间断结构副螺棱螺槽内的流动进行了数值模拟分析,从统计学的角度结合粒子示踪技术以停留时间分布、分离尺度、混合效率及累计混合指数为指标来表征螺杆的混合性能。结果表明,当副螺棱间断次数多且高度略低于螺槽高时混沌单螺杆混合性能更好。     

单螺杆挤出机的混合及应用

本文分析了单螺杆挤出机的分散和分布混合能力,得出了单螺杆挤出机的适用混合类型。对比了Maddock、Pineapple、Twente以及CTM混合元件的性能。加装混合元件以后,单螺杆挤出机的分布混合效果得到很大提高;但在分散混合上,除颜料与聚烯烃外,效果尚不理想。     

往复式单螺杆销钉挤出机新型混合元件的开发及其混合性能研究

结合Φ45往复式单螺杆销钉挤出机(Buss Kneader)新型四头螺纹混合元件NKE的开发研究,利用有限元方法对物料在NKE元件内的流动情况进行了三维动态模拟.并与常规三头螺纹混合元件(KE)从动态混合过程、停留时间分布、分布混合及分散混合性能4个方面进行了对比;分析了加工条件对NKE元件停留时间分布、分布混合及分散混合性能的影响.     

销钉机筒挤出机内物料流动与混合效果的数值模拟

在单螺杆挤出简化模型的基础上 ,采用滑移网格技术 ,考虑销钉与螺杆相对运动的条件 ,分别研究销钉数量、销钉排间距、螺槽宽度、拖曳速度对螺杆圆周展开面内物料流动与混合效果的影响。结果表明 :销钉及螺棱切槽对物料具有明显的强化混合作用 ,减小销钉排间距及螺槽宽度、增大销钉数量和提高拖曳速度都会改善混合效果。对于Φ90销钉挤出机 ,每排 68枚销钉、销钉排间距为 60 72mm、螺槽宽度为 5 4mm左右、转速为 2 5 5 0r·min- 1 时可达到较好的混合效果     

单螺杆挤出机中非牛顿流体层流混合停留时间表征

基于有限差分数值模拟技术,提出了计算非牛顿流体在单螺杆挤出机内停留时间分布的半解析方法,得到了不同操作参数下的停留时间分布,该分布可用来表征聚合物熔体在加工过程中的混合情况.结果表明：半解析方法能够反映由流体的非牛顿性所导致的耦合流场及压力反流对混合的影响,能更真实地反映聚合物熔体在单螺杆挤出机内的混合程度.     

Mixing studies in the single screw extruder

Laminar mixing in a single screw extruder between two miscible liquids is considered. Studies are presented which examine the mixing performance in single screw extruders with mixing sections, variable geometry screws, and multi-viscosity mixtures. Model extruders, set up on engine lathes, were used to mix colored silicone rubber which eventually cured in the screw channel. The cured silicone was then removed and sliced to measure the mixing. Results show mixing as a function of both down channel location and total average strain. For the mixing section study, results support the theory of interfacial area reorientation as the key mechanism in mixing section performance. Increasing viscosity ratio for the multi-viscosity study showed a decrease in mixing rate.     

混沌混合中流体指数拉伸与混合效率的数值研究

The stretching and folding of fluid element during chaotic mixing field is studied using numerical method. The chaotic mixing process is caused by periodic secondary flow in a twisted curved pipe. Using the nonlinear discrete velocity field as the dynamical system, the present study connects the fluid particle‘s stretching along its trajectory in one period to a linearized time-varying variational equation. After numerical approximation of the variational equation, fluid stretching is calculated on the whole cross section. The stretching distribution shows an exponential fluid stretching and folding, which indicates an excellent mixing performance.     

双螺杆中啮合块、螺杆元件混合过程及混合性能的研究

以双螺杆挤出机中的啮合块、螺杆元件作为研究对象,对其混合过程及混合性能进行研究,分析物料与添加剂的相互运动及变化过程。利用网格重叠技术和Ployflow软件对啮合块、螺杆元件的混合性能进行仿真,研究螺杆元件及不同转速下啮合块对应流体区域内的最大剪切应力,粒子在流体区域内的停留时间分布、分布指数、分离尺度等。结果表明:在啮合块流道内的混合过程中,啮合区域的两种粒子进行分布混合,其他区域的粒子在轴向运动到第2片啮合块时开始被带入啮合区,与另一种粒子进行分布混合;在相同转速下,啮合块的混合性能优于螺杆元件,随着转速的提高,啮合块的分散混合性能逐渐增强。     

Mixing efficiency in a pin mixing section for single‐screw extruders

Non‐Newtonian, non‐isothermal, 3D finite‐element simulation of mixing performance in a pin mixing section with different axial gaps in the pins has been carried out according to their realistic configurations. The quantitative evaluation of mixing ability was based on the theory of kinematics of fluid mixing. To learn and to compare the local mixing performance in a standard screw and a pin mixing section, the local mixing efficiency distribution proposed by Ottino was calculated. Also, the RTDs of these mixers were calculated in an attemt to measure mixing. The integration of the two, namely, the integrating local mixing efficiency along a number of particle pathlines from entrance to exit, together with statistical treatment, which was referred as integral mixing efficiency, then gives a quantitative judgment of the total mixing ability of a continuous mixer. The calculated results showed a nonlinear dependence of the mixing ability of a pin mixing section on the axial gap of the pins. Finally, the calculation results were compared with the experimental ones obtained in our previous study.     

组合螺带桨搅拌槽内粉体的混合性能

在直径0.48 m的立式搅拌槽内研究了4种组合式螺带搅拌桨的粉体混合性能,考察了搅拌转速、粉体物料装填高度和搅拌桨型对粉体混合性能的影响,分析了径向与轴向上的粉体混合情况. 结果表明,搅拌转速是影响粉体混合的重要因素,增加搅拌转速能明显缩短混合时间,转速44.0 r/min时的混合因子π3比转速8.7及26.5 r/min时下降50%及30%以上;在搅拌桨内部附加较小的内桨使功率略有增加,但可显著缩短混合时间,转速44.0 r/min时能使π3下降50%,提高混合效率.     

双转子连续混炼机混沌型转子混合性能的研究

在提出一种新型混沌型转子结构的基础上,运用Polyflow软件对其混炼过程进行三维非牛顿等温模拟,并借助于粒子示踪法对物料所经历的流场特性进行统计学分析;分析了转子结构和工艺参数对转子混合性能的影响,同时通过共混改性实验,对转子的混合效果进行了评估和表征。结果表明,高混沌型转子的分布混合能力有较大的提高,同时保持着良好的分散混合能力;混沌型转子制备的复合材料力学性能优于经典转子;转子转速的提高可以增强混沌转子的分散及分布混合能力,适当的加料速率是保证取得较好混合效果的关键因素。     

双转子连续混炼机不同转子元件混合性能的对比研究

在普通转子的基础上设计了开槽螺棱转子和阶梯型螺棱转子,并借助聚合物加工分析软件 Polyflow分别对3种转子元件的混炼段进行了数值模拟,并对其混合性能进行了对比分析。结果表明,3种转子元件中,开槽螺棱转子的分散混合能力和分布混合能力最强,阶梯型螺棱转子的分散混合能力最差,其分布混合能力优于普通转子,但次于开槽螺棱转子;在分散混合方面,相对于普通转子和开槽螺棱转子,阶梯型螺棱转子对物料的分散能力更加依赖于拉伸作用。     

浅析三螺杆挤出机的混合作用

介绍了新研制开发的三螺杆挤出机,并从倒品字形排布的三螺杆所构成的三个啮合区及由此形成的复杂的料流流动,粗浅分析了其混合作用。     

啮合同向双螺杆挤出机偏心六棱柱元件混合性能的研究

提出了一种新型的偏心六棱柱元件,并对其混合流场进行三维非牛顿等温模拟;比较了六棱柱元件和偏心六棱柱元件的混合性能,同时通过添加10 %（质量分数,下同）玻璃纤维增强的聚碳酸酯共混改性实验,对两者的混合效果进行了评估和表征。结果表明,由于流场中引入了明显的拉伸流动,偏心六棱柱的分散和分布混合能力优于六棱柱元件,所制备的玻璃纤维增强材料的韧性提升超过40 %,并且热变形温度提高了7 ℃。