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。     

基于木塑专用同向双螺杆挤出机螺杆预测的 神经网络模型及其应用

基于传统双螺杆挤出机设计理论和木塑复合材料性质,建立了神经网络BP模型,对木塑复合材料专用同向双螺杆挤出机螺杆直径和转速关系进行预测。首先,以木塑复合材料的粘度、机头处压力、螺杆计量段温差和目标产量作为输入变量,螺杆的直径和转速作为输出变量,传统同向双螺杆挤出机设计理论作为动量方程,建立神经网络BP模型。然后,经过样本输入,对模型进行数值拟合训练,直到满足误差要求。最终,利用模型对双螺杆直径、转速进行预测,输出最佳结果。结果表明,结合传统设计理论,由材料性质和产量整合的样本输入建立的智能网络模型能较好地模拟实际生产时的螺杆运动的复杂情况。     

啮合块错列角对三螺杆混合段混合效率的影响

采用有限元法和网格重叠技术,利用Carreau-Bird流体模型,对同向啮合三螺杆挤出机混合段进行了三维混合数值模拟。计算了三螺杆挤出机的最大剪切速率、混合指数以及瞬时和平均时间混合效率等参数,并与双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明,在相同工况下,三螺杆挤出机的瞬时和平均时间混合效率大于双螺杆挤出机。     

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。     

机械力引发马来酸酐官能化HDPE/GF复合材料研究

采用在熔融挤出过程中提高双螺杆挤出机螺杆转速的方法,研究了马来酸酐（MAH）熔融接枝高密度聚乙烯（HDPE）的官能化反应,考察了螺杆转速对复合材料接枝率及力学性能的影响。结果表明,通过提高双螺杆挤出机的螺杆转速可制得具有较高接枝率（Gd=0.12-0.81%）和较好的熔体流动性（0.4-8.3g/10min）的复合材料;该方法使HDPE/GF复合材料在优化加工性能的同时,其拉伸、弯曲、和缺口冲击强度得到了显著的增大。     

同向锥形双螺杆混合挤出性能的比较

为了给同向锥形双螺杆的设计和实际加工提供理论依据和技术支持,在螺杆转速为25r/min,进出口压差为零的条件下,使用POLYFLOW软件,数值模拟了同向和异向旋转锥形双螺杆、平行同向双螺杆混合挤出RPVC的过程,计算了3种双螺杆计量段流道内熔体的三维等温流场,用粒子示踪法统计分析了3种双螺杆的混合挤出性能,将同向锥形双...     

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。     

基于离散单元法的锥形双螺杆输送及混合机理分析

锥形双螺杆挤出机结构模型与其他普通螺杆挤出机相差很大且构成独特,近年来在聚合物加工行业中发挥了很大的作用。设计螺槽深度与螺杆半径比为1∶2、2∶5、1∶3的三种锥形双螺杆挤出机,通过离散单元法模拟了锥形双螺杆挤出机挤出LDPE、HDPE两种颗粒的过程,分析了锥形双螺杆挤出机螺槽内颗粒速度的变化,同时在不同参数下对三种锥形双螺杆挤出机的输送效率进行了比较。利用EDEM软件对LDPE和HDPE颗粒进行离散元分析,得出不同时刻两种颗粒在三种锥形双螺杆挤出机内的混合情况。结果表明,螺槽深度与螺杆半径比为1∶2的锥形双螺杆挤出机的混合效率优于螺槽深度与螺杆半径比为2∶5、1∶3的锥形双螺杆挤出机。     

数值研究双螺杆挤出平行孔模具内聚合物流场

使用有限元方法数值计算双螺杆平行4孔模具内高黏度聚合物熔体的等温流场,分析模具压差对熔体流场的影响.研究结果表明,随着模具压差的增加,物料的平均速度、平均剪切速率增加,平均黏度降低,产量增大;在模具入口段,物料平均速度和平均剪切速率减小,平均黏度增大;在模具过渡段和平直段,熔体平均速度和平均剪切速率增大,平均黏度减小;模具内熔体各物理量梯度小,在模具过渡段,压力没有急剧增大;模具平行各孔道中熔体物理量分布基本相同,可以说明该模具能够均匀挤出制品,该平行4孔模具的设计合理.实际生产验证双螺杆挤出平行4孔模具可挤出成型多个质量合格制品.     

双螺杆非啮合螺纹元件错列角对挤出特性的影响

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。利用大型有限元软件AN-SYS对4种不同错列角的非啮合螺纹元件进行了流场分析,讨论了错列角对速度场、压力场、流量和回流量的影响。计算结果表明:随着两螺杆错列角的增加,两螺杆在啮合区的物料混合、交换能力逐渐增强,分散性混合能力逐渐增加;随着两螺杆错列角的增加,螺杆的物料输运能力逐渐降低,分布性混合能力增强。在实际生产中,应当根据加工物料种类的不同,选择不同的错列角,以便在满足产品质量的同时,获得较佳的生产能力。     

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。     

隧道洞口路面两种材料交替对行车的影响及交替位置优化

用动力学仿真手段模拟了直隧道和曲线隧道洞口路面两种材料交替区域的行车过程,获得了路面材料交替位置前后的行车动力学响应。分析了车辆加速度、制动强度、路面材料交替位置和附着系数差异等因素对行车的影响。结果表明:两种路面材料交替位置的附着系数突变是洞口事故最主要的致因,而其机理是左右轮载不相等导致车辆在驶经交替位置时发生横摆。制动行为对曲线隧道洞口行车稳定性的影响要比直隧道洞口显著,而加速行为对行车的影响更为明显。两种材料交替的位置对行车稳定性影响较大,设计时在隧道入口应将沥青路面延伸至车辆制动结束之后,出口的交替位置应安排在车辆加速起点之前。为了减小附着系数差异,应保证洞内水泥路面的附着系数在0.35之上。     

塑化过程螺杆计量段三维流场的数值模拟

采用CROSS模型表示聚氯乙烯的黏度特征,使用POLYFLOW软件数值模拟了塑料注塑成型机头部无螺纹和有螺纹的螺杆计量段流道内熔体在塑化过程的三维等温流场,求解和分析了两种螺杆流道的yz和xy截面上不同时刻的速度场、压强场、黏度场和剪切应力场。计算结果表明,两种螺杆元件产生的流场差别较大。有螺纹的注塑螺杆头部附近聚氯乙烯熔体逆流速度和压强增大,引起剪切应力的增大,加强了螺杆头部聚氯乙烯熔体的剪切稀化作用,使得熔体黏度降低。     

高速列车齿轮箱内部流场数值模拟

为了研究齿轮箱内部复杂油气两相流的变化规律,采用数值模拟方法研究了转速及浸油深度对流场的影响.结果表明,3倍于齿高的浸油深度可以充分发挥润滑油的润滑冷却作用.在齿轮啮合区流体速度最大,不同转速条件下流体速度最大值变化规律相同,并最后稳定在一定范围内波动,且最大流体速度平均值呈线性增长.齿轮啮合区附近压力变化较大,在啮入区域形成局部高压,在啮出区域形成局部低压.随着转速的提高,高压和低压绝对值呈增大趋势,但不遵循线性关系.     

Wall slip behavior of polymer melts on capillary rheometer

Wall slip behavior of three commercial polymer melts polypropylene(iPP),low-density polyethylene(LDPE)(branched chains) and high-density polyethylene(HDPE)(linear chains) were studied by using a capillary rheometer with twin bores at different temperatures.The results show that a sudden first-stick-then-slip transition was observed for HDPE and a first-slip-then-stick transition was observed for LDPE and iPP as the shear rate sweep was done in an increased order,which shows that the chain structure has an obvious effect on the wall slip behavior of polymers.The critical shear stress for the onset of stick-slip transition increases linearly with temperature for HDPE,which accords with the disentanglement mechanism proposed by Brochard and de Gennes.While the extrapolation length used to quantify the magnitude of the transition remains about 0.05-0.09 mm for HDPE at 150-230 ℃.Also the relationship between the critical shear stress for the onset of wall slip and the molecular mass for polymer samples agrees with the disentanglement model of Brochard and de Gennes.The onset of slip-stick transition for LDPE and iPP at a critical shear stress may be interpreted as the shear thinning of the polymer chains at high shear rates,preventing further development of wall slip behavior.     

新型聚烯烃弹性体的高速挤出畸变特征及其流动扰动源探讨

采用双毛细管流变仪研究由限定几何构型催化剂和INSITETM工艺开发的聚烯烃弹性体(POE Engage)和三元乙丙橡胶(EPDM Nordel IP)在高速挤出时的不稳定流动现象和挤出畸变特征,并对各类不同挤出畸变的扰动源进行了探讨。结果表明,鲨鱼皮和螺纹状畸变的空间起源在口模出口处,竹节状黏-滑畸变与挤出压力振荡现象是由于熔体/口模壁处的整体黏-滑转变引起,而熔体整体无规破裂现象则与口模入口区的扰动有关。     

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.     

螺旋钻进钻屑运移规律及临界转速的研究

传统的临界转速确定方法，缺乏完整性和准确性。作者在研究长螺旋钻进钻屑运移规律的基础上，建立了新的临界转速计算方法，指出临界转速沿叶片径向是变化的，并且是给进速度的函数。最后讨论了实用临界转速及钻杆实际转速的确定原则。     

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。