非牛顿流体在双螺杆反应器中流动特性的三维流场分析

利用大型有限元软件包ANSYS,对非牛顿流体在双螺杆反应器中的流动进行了三维流场分析,采用幂律模型求出了流道的速度场、压力场和粘度场,并对这些参数在3个跟踪点随螺杆转速和进、出口压差的变化进行了记录。研究结果对双螺杆反应器的优化设计和聚合物挤出加工有一定的理论指导意义。     

长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响

4WS转子是一种新型的密炼机转子,其中长短棱长度比是重要的几何结构设计参数。利用POLYFLOW软件,分别对长短棱长度比为2∶1、3∶1、4∶1的4WS型转子密炼机流场进行了有限元模拟。通过粒子示踪技术,对三种密炼机的宏观混合形态进行了粒子可视化追踪。利用流场数据,计算了典型的分散混合和分布混合评价参数,对三种不同转子密炼机内流体的混合效率进行了对比分析,探究长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响规律。结果表明,相对于长短棱长度比为3∶1和2∶1的4WS型转子密炼机,长短棱长度比为4∶1的4WS型转子密炼机分散和分布混合能力均有了较大的提升。     

双螺杆挤出机齿型螺纹元件三维流场分析

齿型元件是啮合异向双螺杆常用的混合元件.利用ANSYS有限元分析软件对异向旋转齿型元件进行了三维等温非牛顿流场分析,讨论了齿型元件齿数对质量流量和回流量的影响.结果表明,齿型元件具有较强的分流能力和分布性混合能力,但分散性混合能力较弱.     

行星搅拌器流场仿真与混合分析

建立了三维行星式搅拌器的有限元模型,应用Polyflow软件对流场进行模拟,对不同转速下的搅拌器内糖浆的混合流动进行了对比分析,同时对中心区和销附近区域的混合效果进行对比。结果表明,搅拌器不存在流动混合的死区,且销附近区域的混合能力比中心区的混合能力更强,流场内的粒子始终受到周期性的折叠和拉伸作用;转速越大,搅拌器内的流体混合效果越好。     

平行三螺杆挤出机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序结构分析

从拉格朗日拟序结构的新视角,对三螺杆挤出机二维流场的动力学特性进行有限元分析。采用4阶Runge-Kutta法计算粒子的运动轨迹,验证了时间步长对计算结果精确度的影响。利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE),Poincaré截面和粒子可视化技术分析了三螺杆挤出机流场的混沌混合机理。结果表明,拉伸和折叠作用促进了流体粒子的物质交换。由于在啮合区存在双曲不动点,混合效率较高,啮合区是流场混沌混合的主要区域;在紧靠螺杆壁区域,物质线的闭合导致流体输运受阻,近螺杆区混合效果较差。通过与双螺杆挤出机进行拉格朗日拟序结构(LCS)结构的比较发现,由于啮合区的增加,强化了挤出机流场的混沌混合;通过对数拉伸值的比较,三螺杆挤出机的混合能力优于双螺杆挤出机。     

非啮合双螺杆挤出机三维流场数值模拟

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软件包对双螺杆挤出机非啮合并列型螺纹元件进行了三维等温非牛顿流场分析,分析了速度场和压力场的分布情况,讨论了不同边界条件对整个流道的速度场、压力场及流量的影响.计算结果对实际生产具有一定的指导意义.     

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。     

基于流固耦合的密炼机动力学特性分析

采用单向与双向流固耦合计算方法,对密炼机在3种不同工况下的内流场及结构场进行分析,得到流场瞬态剪切率和结构场最大应力位置与最大位移位置的等效应力,以及最大位移的波动情况。计算结果表明,流场剪切率变化由转子几何外形决定,剪切率波动主频为1倍转子棱倍频,且双向耦合计算结果高于单向耦合计算结果;2种耦合计算得到的转子棱部应力、变形分布具有一致性,波动主频以转子棱顶啮合产生的低频为主;转子外轮廓结构是最大应力波动的主要因素,最大应力位置的自转频率对应力波动影响很小,但最大位移位置的自转频率对应力波动影响较大。     

三螺杆挤出机螺杆组合流体流场及流固耦合特性分析

采用有限元法对4种三螺杆挤出机组合螺杆流体进行流场分析,重点分析了速度场、压力场、最大剪切速率、最大拉伸速率、停留时间的分布情况。结果表明,组合螺杆在一定程度上能够削弱轴向速度,延长停留时间,有利于物料充分混合。在此基础上,采用ANSYS/workbench软件进一步分析了流固耦合作用对三螺杆挤出机组合螺杆变形的影响。分析结果表明,组合4混合性能较好,耦合场作用下螺杆变形相对较小,设计较为合理。     

Roller转子密炼机聚合物流体的混沌混合特性

建立了Roller转子密炼机二维有限元模型,利用网格重叠技术,对密炼机流体的流动过程进行了数值模拟。利用粒子示踪技术,采用4阶Runge-Kutta法计算了不同转数和不同流体粒子释放位置的密炼机Poincaré截面、平均对数线拉伸及Lyapunov指数等混沌混合参数。从非线性混沌理论的视角研究了Roller转子密炼机的混沌混合机理。结果表明,在双转子周期性扰动的作用下,聚合物流体在密炼机内被反复地拉伸、折叠,且啮合区的Poincaré截面出现了典型的"马蹄形"混沌结构。随着混合周期的增加,平均线拉伸以指数形式增长,且Lyapunov指数大于零。Roller转子密炼机流体具有混沌对流的特征。