聚丙烯3D打印剪切螺杆设计及仿真分析

为了改善物料熔融均化的程度，提升物料的混合性能，设计了1种3D打印机喷头。基于单螺杆挤出原理，提出在螺杆计量段适当添加剪切元件，并根据螺杆的工作特点，选取了螺杆加工的材料。以聚丙烯为流体研究对象，运用有限元法，结合POLYFLOW软件对聚丙烯的挤出过程进行仿真模拟分析。结果表明：带有剪切元件的螺杆相较于普通螺杆提供的压力场提高约0.399%，剪切速率相较于普通螺杆提高约94%。通过添加剪切元件可以提高螺杆的建压能力，促进物料的平稳挤出，有效改善物料熔融均化的程度，还可以提高物料在打印过程中的利用率。     

非啮合双螺杆挤出过程轴向循环流道三维流场分析——轴向循环流场分析（Ⅰ）

引入了轴向循环流动的概念,且利用ANSYS有限元分析软件对非啮合双螺杆挤出机轴向循环流道中的非牛顿流体等温流动进行了三维模拟分析。在得出速度场和压力场的基础上,分析了螺杆转速及轴向循环长度对输送特性及混合能力的影响,同时还对剪切粘度、剪切速率及剪切应力进行了模拟。     

螺杆挤出式3D打印机的设计与剪切性能分析

为了研究螺杆剪切性能对3D打印成型过程中物料熔融效果的影响,设计了一种螺杆挤出式3D打印机及不同的剪切段螺杆结构,分别建立螺杆的模型并对螺杆和流体域进行网格划分。以聚丙烯为打印材料结合流体仿真软件进行了剪切性能的数值模拟实验,对仿真实验结果的压力场和剪切速率场以及螺杆流道内粒子的停留时间进行分析。结果表明,棱柱型螺杆的最大压力与无剪切结构相比提高了0.13%左右,圆环型螺杆所形成的最大剪切速率相较于无剪切结构提升了约22.56%,圆柱型螺杆流道内粒子的停留时间最长。说明该结构可以增强物料的塑化熔融以及混合效果,在一定程度上还可以使材料内部无序的分子链重新分布,增强材料自身的性能。     

三螺杆挤出机螺杆元件混合特性的数值研究

采用聚合物流体分析软件Polyflow对倒三角形三螺杆挤出机的6种螺杆元件的流道模型进行了三维等温数值模拟。使用Fieldview软件对结果进行统计处理,并采用不同的评价指标来表征混合性能,进而比较螺杆元件之间的混合特性。结果表明,捏合块的剪切和拉伸作用均强于螺纹元件;中性捏合块和左旋元件的回流效果好于其他元件;SME元件剪切弱于螺纹元件,但其拉伸作用和回流效果强于螺纹元件。因此,可根据物料对剪切的敏感性来合理地选择螺杆元件,以获得所期望的产品性能。     

往复注射螺杆计量段三维流场分析

使用流体计算软件Polyflow，对往复注副螺杆计量段进行符合其轴向运动特点的三维流动分析。通过计算得出剪切速率场、压力场、速度场的分布结果，并对分布结果进行分析。通过不同工艺条件变化引起的流场变化，得到流场内部变化的部分规律，并建立了符合注射螺杆工作特点的模拟分析方法。     

锥形和普通柱形单螺杆螺槽内熔体流动及混合对比分析

利用Polyflow软件对锥形单螺杆挤出机和普通单螺杆挤出机计量均化段进行流动与混合模拟.通过图形后处理和统计学处理得出速度场分布、剪切速率分布以及停留时间分布,对比说明了锥形螺杆比普通螺杆更有利于蓬松物料和热敏性物料的加工.     

非啮合双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道三维流场分析

利用ANSYS有限元分析软件对并列型和错列型非啮合双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道非牛顿流体等温流动进行了三维模拟分析。在得出速度场和压力场的基础上，对剪切速率，剪切应力及剪切粘度进行了模拟。同时将并列型和错列型的模拟结果进行了比较，对其输送能力和混合能力进行了分析。     

计量段结构对注塑螺杆建压能力的影响

采用IMP软件对不同结构形式的螺杆进行了模拟。针对该模拟软件的可靠性,设计了实验进行验证,并将实验结果与模拟结果进行对比,验证了该软件模拟的可靠性。然后采用该软件对不同结构注塑螺杆的塑化过程进行了模拟,该方法可以避免大量纷繁复杂的实验过程而获得规律性的结论。为了研究螺杆计量段槽深和导程对建压能力的影响,分别对不同槽深及不同导程的螺杆进行了模拟,得到不同螺杆结构的沿程压力,通过分析沿程压力曲线及压力梯度,得出螺杆计量段槽深和导程与建压能力的关系。结果表明,槽深和导程越小,螺杆的建压能力越强。     

啮合同向双螺杆挤出机滑移条件下的仿真分析

双螺杆挤出中的壁面滑移现象在加工过程中具有重要作用,为了探索壁面滑移对流道内物料的影响,利用流体仿真软件Polyflow对螺杆壁面滑移条件下流道内的三维流场作了数值模拟,得出了流道内的压力、速度、剪切速率及黏度的分布。随着最大滑移应力数值的增大,滑移现象消失,流道内的速度场、剪切速率及黏度均受流道几何形状影响,数值波动较大。研究结果表明,壁面滑移条件的产生有利于获得一个较高且稳定的黏度值,提高啮合型同向双螺杆挤出机流率的稳定性,可以有效延长螺杆使用寿命。     

锥形双螺杆挤出过程菠萝型混合元件三维流场分析（Ⅱ）

利用ANSYS有限元软件对啮合异向锥形双螺杆挤出机中的新型螺杆元件——菠萝型混合元件进行了三维流场的模拟计算，对其速度场、压力场、粘度场以及剪切速率、剪切应力进行了分析，绘制出更为直观的展开图。同时，将其和常规螺纹元件进行了比较。     

振动强化塑料挤出混合过程的多物理场数值模拟

借助流体动力学软件Polyflow对单螺杆挤出机压缩段进行简化建模与模拟仿真,研究了稳态与动态加工成型条件对螺槽流道内速度场、压力场、剪切速率场、黏度场等物理场的影响。结果表明:振动强化成型时,各物理场随时间动态变化,熔体流动性能得到显著改善,有利于提高物料的塑化性能;振幅及频率较小时,各物理场变化与稳态成型时相差不大,而较大的振幅及频率对各物理场影响较大;振动强化延长了物料的停留时间增,强了横向剪切作用有,利于提高物料的分散混合性能。     

啮合异向双螺杆不同螺纹元件的数值模拟及其制备PP阻燃电缆的研究

首先应用POLYELOW软件对啮合异向双螺杆常规三头螺纹元件和VCR(Various Clearances Rotors)元件进行流场模拟。通过对剪切速率场、压力场、平均剪切速率分布、平均压力分布、停留时间分布、最大剪切速率概率密度分布的对比研究,发现VCR元件和常规三头螺纹元件均有较好的混合能力。分别用带有这两种元件的螺杆组合对即阻燃材料进行挤出实验,制得了力学性能较好的样条,实验结果与模拟预期的结论基本一致。     

基于ANSYS软件的双螺杆挤出机的计算机模拟与分析

介绍了应用ANSYS软件对常用的啮合型同向旋转双螺杆挤出机挤压加工过程进行计算机模拟分析的方法、过程和主要结论;同时介绍了其他常用流体软件对双螺杆挤出机模拟分析的应用情况。分析表明:用ANSYS软件可以对双螺杆挤出机的螺纹流道、捏合块进行压力场、速度场、流量及回流、剪切速率、剪应力和混合效果等计算机模拟分析分,析结果与实验结果基本一致。     

啮合同向双螺杆驼峰元件的数值模拟

介绍了啮合同向双螺杆驼峰元件的特点,应用Polyflow软件进行了流场模拟,并与双头螺纹元件进行了比较分析。模拟结果显示:驼峰元件的螺棱和机筒之间的剪切速率比双头螺纹的低;建压能力比双头螺纹元件高;回流量较大,轴向混合能力较强。特别适用于生物降解塑料等热敏性和剪敏性塑料的高速挤出和混合。     

注射机屏障型螺杆结构设计及其数值模拟研究

根据生产实际设计了几款不同结构参数的屏障型螺杆混炼元件,并借助计算流体动力学软件POLYFLOW分别对各结构进行数值仿真,并对其混炼性能和塑化能力进行了对比。结果表明:增加螺槽深度有助于提高混炼元件作用下的熔体的混合指数,但会导致熔体压力下降;屏障间隙与剪切速率成反比例关系,当屏障间隙约为1 mm时,屏障混炼元件对熔体具有较好的剪切作用和拉伸作用;螺旋角为60°时,屏障元件具有良好的拉伸速率、剪切速率和熔体压力。     

双锥型螺杆挤出机固体输送离散元分析

利用EDEM软件对一种普通锥形和两种双锥型螺杆挤出机固体输送段进行模拟.分析了高密度聚乙烯(PE-HD)颗粒在锥形双螺杆挤出机内的运动状态和分布规律.对比分析了3种锥形螺杆挤出的质量流速率、填充率、平均速度、平均压力、平均剪切应力和力矩等参数,给出了普通型和双锥型螺杆挤出机固体输送机理以及主要影响因素.结果表明,相比于...     

螺杆构型对UPVC注塑混合效果影响的研究

运用基于有限元的CFD分析软件POLYFLOW,并根据注塑机的实际工作状态对适合UPVC注塑的3种螺杆构型计量段流道中的熔体进行三维瞬态模拟,其中包括普通螺杆、销钉混炼头螺杆和波状螺杆;对模拟结果进行后处理得到熔体的压力场、速度场、剪切速率场、剪切应力场和黏度场,这些场量是反映熔体分散混合和非分散混合性能的重要指标,通过分析这些场量来比较3种不同螺杆构型对UPVC注塑混合效果的影响;混合效果是影响注塑制品质量的关键因素,从而优选出最适合UPVC注塑的螺杆构型。     

螺棱梯形底角和凹槽半径对反应挤出机流场的影响

利用Polyflow计算机软件,在相同温度的条件下,通过最大剪切速率、最大剪切应力、最大混合指数和累计停留时间这4个指标,研究螺杆螺棱截面形状为梯形时其梯形底角角度和凹槽半径两个变量对聚乙烯在单螺杆反应挤出机中流场的影响。结果表明,当螺杆螺棱截面梯形底角角度为60°时,螺杆提供的最大剪切速率、最大剪切应力、最大混合指数均较底角为30°和45°的高,粒子累积停留时间则居中;在底角为60°的梯形螺棱上开半径为1.5 mm的半圆凹槽时,该结构所提供的最大剪切速率、最大剪切应力和最大混合指数均较不开槽(凹槽半径0 mm)和凹槽半径为2 mm的高,粒子累积停留时间相对最短。当螺杆螺棱截面梯形底角角度为60°且凹槽半径为1.5 mm时,可使物料获得的剪切效果最好且使其在流道中的停留时间最短,从而为大规模生产加工节约了时间。     

迷宫螺旋泵水煤浆输送的CFD模拟及其内部磨损的初步探讨

迷宫螺旋泵是管道水力输送的关键设备,为了揭示其内部高浓度固液两相流动的规律,文章以固液两相流体力学理论为基础,在一定的简化与假设条件下,利用FLUENT中的前处理软件Gambit前处理器建立迷宫螺旋泵的几何模型,应用FLUENT计算流体力学分析软件及Realizable-k-ε模型,对水煤浆高速迷宫螺旋泵内部流场进行数值模拟和仿真,由模拟结果得知压力、速度、浓度、剪应力的分布情况,同时也对其内部的颗粒磨损机理进行了初步探讨。