微型锥形双螺杆挤出机混合性能的数值模拟

微型锥形双螺杆挤出机(MCTSE)越来越多地应用于新型聚合物纳米复合材料的制备,但对其共混过程的理论研究相对较少。文中首先数值模拟MCTSE挤出聚丙烯(PP)熔体的过程,考察了加工参数和螺杆构型对MCTSE输送能力和沿着轴向平均压力分布的影响。研究表明,螺杆转速和螺距的增加均有利于提高熔体输送能力,沿着螺杆挤出方向,平均压力是先增加后减小。由求解得到速度场的时间积分获得粒子从入口到出口的运动轨迹,统计结果表明,MCTSE的螺杆结构有利于改变剪切或拉伸流动形态,螺杆转速更有利于调控停留时间分布(RTD)。文中采用的数值模拟方法可以点对点分析MCTSE内高聚物熔体沿着轴向流动的分散、分布和轴向混合特征。     

一种折流板双螺杆构型挤出压力脉动响应EI北大核心CSCD

文中提出了一种带有折流板的双螺杆结构,旨在混炼过程中引入对称破缺机理并降低挤出过程的压力波动。为探索折流板双螺杆的挤出特性,自行研制了全程可视化的实验样机。以常温黏弹流体羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为实验流体,测量了传统及折流板双螺杆流道机头处的压力响应。首次通过傅里叶变换方法分析了压力脉动的产生机理,探究了螺杆构型、转速及喂料量对压力脉动的影响。结果表明,在较低螺杆转速和喂料量条件下,全充满状态下挤出压力的脉动周期与螺杆转动的周期一致,压力波动幅度随着螺杆转速的增加而增加;压力随喂料量增加而增加,但波动随着喂料量的增加而减小;螺杆旋转1周,传统双螺杆压力呈现双峰曲线,而折流板双螺杆为单峰分布,且峰值更小。粒子图像测速(PIV)显示,折流板双螺杆内啮合区存在物料相互交汇现象,保持啮合的同时实现横向和纵向开放连通,因而导致了压力脉动幅度较小。     

一种折流板双螺杆构型挤出压力脉动响应

文中提出了一种带有折流板的双螺杆结构，旨在混炼过程中引入对称破缺机理并降低挤出过程的压力波动。为探索折流板双螺杆的挤出特性，自行研制了全程可视化的实验样机。以常温黏弹流体羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为实验流体，测量了传统及折流板双螺杆流道机头处的压力响应。首次通过傅里叶变换方法分析了压力脉动的产生机理，探究了螺杆构型、转速及喂料量对压力脉动的影响。结果表明，在较低螺杆转速和喂料量条件下，全充满状态下挤出压力的脉动周期与螺杆转动的周期一致，压力波动幅度随着螺杆转速的增加而增加；压力随喂料量增加而增加，但波动随着喂料量的增加而减小；螺杆旋转1周，传统双螺杆压力呈现双峰曲线，而折流板双螺杆为单峰分布，且峰值更小。粒子图像测速(PIV)显示，折流板双螺杆内啮合区存在物料相互交汇现象，保持啮合的同时实现横向和纵向开放连通，因而导致了压力脉动幅度较小。     

螺杆结构及转速对玻璃纤维增强PA66复合材料力学及流变性能的影响

通过改变挤出机的螺杆结构及螺杆转速,研究了熔融挤出过程中,剪切强度的变化对聚酰胺66/玻璃纤维复合材料力学及流变性能的影响。结果表明,当螺杆后段的捏合块数量由7块减少到4块,且螺杆转速为120r/min时,熔体受到的机械剪切应力最小,在挤出过程中有效地减少了玻纤的断裂,使其平均长度最长,复合材料的力学性能最高。聚酰胺66中加入玻璃纤维能显著影响复合材料的流变行为,玻纤的平均长度越长,与基体间的作用就越强,共混体系的复数黏度及动态储能模量也越高。     

三螺杆挤出机聚合物温度和功耗特性的数值模拟

利用有限元法,采用三维非等温、非牛顿流体模型,对三角形排列三螺杆挤出机内聚合物的温度分布进行了数值模拟。在此基础上,考虑了粘性耗散生热的影响,计算了三角形排列三螺杆挤出机功耗特性,研究了螺杆转速、螺纹头数、压力差和挤出量等参数对三螺杆挤出机挤出功耗和功耗比的影响,并和一字型排列三螺杆挤出机和双螺杆挤出机进行了比较。结果表明,在相同的操作条件下,三角形排列三螺杆挤出机的混合性能和功耗比均好于一字型排列三螺杆挤出机和双螺杆挤出机。     

LDPE / LLDPE / APP / Sb2 O3 阻燃体系的成型工艺和阻燃性研究

以低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯为基础物质,添加阻燃剂聚磷酸铵和三氧化二锑,构成阻燃体系,研究了阻燃体系的成型加工工艺参数和阻燃性能。研究表明:随着阻燃剂添加量的增大,主螺杆转速需要逐步降低,牵引速度随之下降,主螺杆转速的较小变化,可引起机头压力的急剧增加,物料的实际挤出温度相应提高;当阻燃剂总添加量达到40%时,达到FV-0阻燃等级。     

冷喂料橡胶挤出机的喂料行为

通过旋转圆盘模型实验装置,对胶条喂入冷喂料橡胶挤出机的喂料行为进行实验研究。在不同的圆盘转速下,对卡车轮胎胎面、胎侧和内衬层混炼胶条进行旋转压缩实验,以模拟胶条通过橡胶挤出机喂料口处楔形间隙的过程。实验表明,胶料门尼黏度值对胶条的咬入有影响;重要的是嵌入到胶条中的螺杆螺棱(圆盘)侧面,对胶料有附加的拖曳作用;在楔形间隙末端,胶条断开不是由于剪切切断,而是由于垂直压缩引起的横向压力流动;在胶条通过楔形间隙过程中,具有单个峰值压力分布、明显的温升和功率消耗。这些结果可对冷喂料挤出机的喂料行为进行完整描述,并提供了数学建模的基础。     

轮胎胶应力诱导脱硫及热塑性弹性体的制备

采用提高双螺杆挤出机螺杆转速的高剪切应力诱导方法,研究了螺杆转速、挤出反应温度及螺杆长径比对脱硫轮胎胶共混物凝胶含量、熔体流动速率和溶胶红外吸收光谱的影响。研究了脱硫工艺条件对脱硫轮胎胶/HDPE/EPDM热塑性弹性体力学性能的影响。实验结果表明,挤出机的高剪切应力作用,可诱发轮胎胶粒中交联网络的断链和氧化降解作用,引起脱硫共混物凝胶含量的下降、熔体流动速率的增加和脱硫共混物溶胶分子链中醚键、酯键、过氧酸和磺酸酯基团的明显增加。挤出机螺杆转速越快、挤出反应温度越高或螺杆长径比越大,其所得热塑性弹性体中未脱硫凝胶颗粒尺寸就越小。     

啮合异向双螺杆挤出机仿真研究

采用 Solidworks 三维建模软件建立了啮合异向双螺杆螺纹元件与啮 合同向双螺杆螺纹元件的物理模型。运用 Polyflow 软件对聚乳酸流体进行三 维流体仿真,从聚乳酸流体的剪切速率、黏度、压力和速度等 4 个方面,对 比研究啮合异向双螺杆挤出机螺纹元件与啮合同向双螺杆挤出机螺纹元件对 聚乳酸流体的加工效果。研究结果表明,聚乳酸流体在啮合同向双螺杆挤出 机螺纹元件中,受到的剪切速率大、轴向运动速度慢而获得了较好的混合效 果;聚乳酸流体在啮合异向双螺杆挤出机螺纹元件中,轴向流动速度较快, 挤出效果好。     

双螺杆强制润滑挤出UHMWPE板材的研究

通过引入强制润滑成型原理．研制了UHMWPE强制润滑挤出成型装置，采用同向旋转双螺杆挤出机实施了对UHMWPE板材的连续挤出成型实验研究，对螺杆组合方式进行了优化对比，确定了合理的螺杆组合构型，并对挤出实验中出现的异常现象进行了剖析。研究工作表明，采用对机头流道的强制润滑、合理的螺杆组合、正确的工艺条件和机头流动压力的调整，可以成功实现对UHMWPE体系的连续高效挤出成型。     

轮胎胶应力诱导脱硫及对聚丙烯的增韧作用

在轮胎胶粉的熔融挤出过程中添加线型高分子材料作为溶胀剂和承载流体,并通过提高双螺杆挤出机转速的高剪切应力诱导方法,研究了螺杆转速和挤出反应温度对轮胎胶脱硫共混物凝胶含量、熔体流动速率、溶胶特性黏数及红外光谱(FT-IR)的影响。结果表明,双螺杆挤出机的高剪切应力可诱发轮胎胶颗粒中交联网络的断链反应和氧化降解作用,引起脱硫共混物凝胶含量的明显下降、熔体流动速率的明显增加、溶胶特性黏数的明显减小及溶胶分子链中碳碳双键和醚键基团明显增加。在最佳脱硫反应条件下,所得脱硫共混物可使聚丙烯(PP)(J430)材料的缺口冲击强度由10.5kJ/m2提高至47.7kJ/m2。     

雾化气体淬火过程耦合流场数值模拟及实验研究

运用计算流体动力学(CFD)的方法在FLUENT平台上建立雾化气体淬火的三维非稳态模型,对介质不同速度工况下淬火过程中试件温度场、流体速度场、流体温度场和流体压力场进行了流固热耦合数值模拟,并将模拟结果与边界条件实验结果进行了对比分析。结果表明,同等工况下,介质进口速度越大,流体的速度也越大;同截面上200m/s速度工况下试件上下表面两区域的压力差值比100m/s速度工况下大;试件放在淬火区淬火80s后,200m/s速度工况下试件的最高温度为299.5℃,100m/s速度工况下试件的最高温度为336℃,由此得出淬火介质进口速度越大,淬火试件的温度下降越快,试件冷却速度越快,冷却效果越好。     

Effect of extrusion stem speed on extrusion process for a hollow aluminum profile

Extrusion stem speed is one of important process parameters during aluminum profile extrusion, which directly influences the profile quality and choice of extrusion equipments. In this paper, the extrusion process of a thin-walled hollow aluminum profile was simulated by means of the HyperXtrude commercial software. Through a serial of numerical simulation, the effects of stem speed on extrusion process, such as metal flow behavior at die exit, temperature distribution, extrusion force, and welding pressure, have been investigated. The numerical results showed that there existed an optimum value of stem speed for flow velocity distribution. With the increasing stem speed, the temperature of the extrudate and required extrusion force increased, and the welding quality of extrudate would be improved. Through comprehensive comparison and analysis, the appropriate stem speed could be determined for practical extrusion production. Thus, the research results could give effective guideline for determining initial billet and die temperature and choosing the proper extrusion press in aluminum profile industry.     

聚合物基熔铸炸药螺旋立式挤注过程的流场仿真研究

针对当前聚合物基熔铸炸药装药工序中的人机面对、手工作业问题，拟采用立式螺压工艺来实现药浆的连续挤注以及弹体的自动装药，故在表征药浆流变特性的基础上对其流场特征参数进行仿真分析。结果表明:液相载体的润滑作用以及剪切过程中固相颗粒的取向排列均会导致药浆表观黏度的下降。提高螺杆转速可以显著增大药浆的流动性及产能，但也会造成剪切速率的线性递增以及压力的阶梯状递增。同时，剧烈的剪切作用也会拓宽药浆的温度分布范围，并将最高温度提高18.6 ℃；需要借助芯部调温来削弱螺杆的剪切升温效应，确保工艺安全性。     

三螺杆挤出机挤出特性的数值模拟

利用计算流体力学的方法对聚合物熔体在三螺杆挤出机中的流动规律进行了数值模拟,分析了物料在三螺杆中心区的流动和混合情况。通过速度和压力分布,计算了三螺杆挤出机的螺杆挤出特性参数,并和双螺杆挤出机进行对比分析。结果表明,由于中心区环流的存在,延长了物料在三螺杆挤出机的停留时间分布。三螺杆挤出机在分布性混合、分散性混合、能耗等方面均好于双螺杆挤出机,而产能比又为双螺杆挤出机的1.3倍。三螺杆挤出机具有较好的工程应用前景。     

汽车橡胶密封条挤出口模结构分析及其实验验证

首先通过分析橡胶材料流变实验数据,确定采用Bird-Carreau本构模型;然后应用Polyflow软件对某实际EPDM橡胶密封条产品挤出过程中挤出口模流道结构对挤出的影响进行了有限元分析。结果表明,口模流道某些部位(如窄缝区域)进行适当的加宽有利于使挤出速度及熔体压力分布更均匀,挤出产品形状和实际形状更接近。     

螺旋送粉器内流场的三维数值模拟

为了给螺旋送粉器内流道优化提供理论依据,根据气-固两相流输送的相关理论,运用Eulerian-Lagrange数学方式,采用FLUENT软件,通过离散相模型对螺旋送粉器内固体颗粒的轨迹进行数值模拟,主要研究螺旋送粉器的转速对其输送性能的影响,及不同直径粉体颗粒轨迹。结果表明:气体速度和粉体颗粒大小是影响螺旋送粉器送粉性能的关键因素。     

40Cr轴面激光熔覆Ni60数值模拟

目的 针对激光熔覆过程中熔池内部复杂的传热和对流现象,分析激光功率和扫描速度对熔池内部温度场、流场演变和分布的影响.方法 采用双椭球热源模型,建立了40Cr轴面基体激光熔覆Ni60粉末过程的三维温度场流场数值模型,并进行试验验证.结果 熔覆过程形成了近似椭球体的熔池,最高温度位于移动光斑中心偏后方,达到了2080.4 ...     

四螺杆挤出机中聚合物流动特性的计算机模拟

利用计算流体力学法(CFD),对聚合物熔体在四螺杆挤出机螺纹元件中的流动规律进行了数值模拟.利用计算所得的速度场和压力场,计算了四螺杆挤出特性,并和双螺杆、一字型排列和三角形排列的三螺杆挤出机进行了对比分析.结果表明,四螺杆的四个啮合区具有较大的压力和速度梯度,在中心区有明显的环流现象,延长了物料的停留时间分布,且中心区物料没有滞留现象.由于中心区的存在导致了四螺杆挤出机的建压能力较弱;但四螺杆挤出机在产量、分布性混合和分散性混合等方面好于双螺杆和三螺杆挤出机.