新型偏心三螺杆挤出机流体混合特性分析

在传统的三螺杆挤出机的基础上,设计了一种新型偏心三螺杆挤出机。该三螺杆挤出机中具有螺杆几何结构偏心、螺槽构型呈梯度变化特殊以及较高的面积利用系数等特征。利用有限元法对聚丙烯（PP）熔体在新型偏心三螺杆挤出机中流动和混合规律进行三维数值模拟,给出偏心三螺杆挤出机中压力和速度分布规律,计算了3种偏心螺杆挤出流场的停留时间分布、分布指数、分离尺度、最大剪切应力等混合表征参数。结果表明,螺杆偏心距不仅决定了螺杆端面形状,也改变了螺槽梯度的变化程度。随着螺槽梯度的逐渐减小,挤出机内粒子团聚效应逐渐降低、物料剪切作用逐渐增强。在3种新型偏心三螺杆挤出机中,偏心距e=3 mm的新型偏心螺杆挤出机的混合性能相对较好。     

聚苯乙烯反应器非稳态流场数值模拟

为了对在役聚苯乙烯反应装置的搅拌器进行优化设计和结构改进,利用计算流体力学方法(CFD)分析了在役反应器内物料的非稳态流动情况,计算了反应器内物料流动的宏观速度场和分析线的速度分布,研究了三层搅拌桨不同排列角对物料流动特性的影响。计算结果表明,排列角为120°的三层搅拌桨在混合均匀性以及混合效率等方面都好于排列角为0°的三层搅拌桨。     

影响板料冲压成形质量因素的有限元分析

板料在冲压成形过程中经常出现起皱、鼓包及拉裂等缺陷。板料成形过程包括了非常复杂的物理现象, 涉及力学中的几何非线性、物理非线性和边界非线性, 很难用解析法研究。利用大型非线性有限元软件ANSYS/LS -DYNA, 对板料拉深过程进行了数值模拟, 分析了成形后可能发生的缺陷, 讨论了冲压速度、摩擦因数及压边力等因素对板料成形质量的影响。结果表明, 凸模和凹模0 交界处的板料首先变形, 应力及应变最大值出现在凸模圆角部位外侧板料上。板料凸缘增厚量最大, 凹模圆角处板料减薄量最大;凸模与板料间摩擦因数越大, 边缘应力越大, 板料凸缘越不易起皱, 而侧壁应力受凸模与板料间摩擦因数的影响较复杂;适当的增加凸模虚拟模拟速度不但可以提高计算效率, 并且能够保证计算精度。     

转速突变对竖直井钻柱系统动力学特性的影响

钻井过程是一个非常复杂的瞬态响应过程。钻头突遇硬质岩石等突发状况使钻柱转速瞬时降低、随后经历一个加速过程恢复到正常转速。为了研究钻柱在这种情况下的动力学特性,应用有限元软件ANSYS分析了竖直井钻柱系统的恒转速和突遇硬质岩石后的加速过程,得到了两种工况的钻柱振动响应规律。结果表明,突遇硬质岩石后,由于钻头与岩石的撞击作用造成钻柱转速突变,钻柱与井壁发生碰撞,碰撞程度跟转速恢复时间有很大关系,转速恢复时间短,碰撞程度低,钻柱受力小;转速恢复的时间长,钻柱振动明显加剧,与井壁的碰撞频繁,受力增大。转速突变加剧了钻柱的振动响应。     

啮合同向三螺杆挤出机中心区的复杂混合特性

建立了三角形排列三螺杆挤出机轴截面有限元模型,重点研究了三螺杆挤出机中心区的流动和混合规律。计算了中心区的混合指数、剪切速率和速度,并采用粒子束分布指数研究了中心区分布性混合性能。在此基础上,从微观角度分析了单个粒子在中心区运动过程中瞬时的剪切速率、拉伸率和对数拉伸率等评价参数。结果表明,在三螺杆挤出机轴截面内,中心区物料的流动性较差,但任意时刻都不存在流动"死点"。中心区内运动的微观流体粒子处于不断重复的压缩和拉伸状态,中心区具有较好的混合能力。     

涡轮搅拌桨混合时间数值计算

混合时间是表征搅拌槽内流体混合状况的重要参数之一。利用CFD方法计算了单层涡轮搅拌槽内流体混合过程的流动场和浓度场,研究了物料在搅拌槽内的混合过程以及不同监测点位置对混合时间的影响。结果表明,拌槽内物料的混合主要受槽内流体流动形式所影响,混合时间的长短与监测点位置有关,在桨叶附近进行监测所得到的混合时间较短,在液面附近进行监测所得的混合时间较长。在实际生产和试验中,应注意对监测点位置的选取。     

搅拌桨排列方式对流场影响的有限元分析

利用有限元法分析了搅拌釜反应器内物料的非稳态流动情况,计算了反应器内物料流动的宏观速度场和分析线的速度分布,研究了3层搅拌桨3种排列角对物料流动特性的影响。结果表明,搅拌桨排列方式会对流场产生比较大的影响。排列角为120°的3层搅拌桨混合效果最好,其次是排列角为90°的3层搅拌桨,而搅拌桨排列角为0°的在役反应器的混合效果最差。实践证明,在反应器内采用排列角为120°的3层搅拌桨之后,产品质量得到了改善,减少了搅拌时间,提高了生产效率。     

转子系统稳态和瞬态不平衡响应的有限元分析

转子系统在启动的过程中通过共振区时常常会产生很大的振动。利用有限元法对多自由度转子一轴承系统的临界转速,以及稳态和瞬态不平衡响应进行了分析,研究了该转子一轴承系统的瞬态振动特性,讨论了转子转速和启动加速度等参数对转子系统振动的影响。计算结果为降低旋转机械系统启动过程的振动问题提供了一定的理论参考。     

螺杆间隙及入口流量对三螺杆挤出机组合螺杆流场的影响

利用Polyflow软件,采用三维拟瞬态有限元模型,分析了螺杆间隙及入口流量对三螺杆挤出机组合螺杆聚合物流体的复杂流动和混合特性的影响。通过可视化云图分析了几何中心截面轴向速度、压力、剪切速率分布;采用粒子示踪技术,通过统计后处理曲线,分析了组合螺杆在不同条件下的轴向压力、轴向面拉伸率、混合指数 概率、分离尺度、累积停留时间概率函数、停留时间分布函数。结果表明,适当增大螺杆间隙能够增加停留时间,提高产品混合质量;入口流量较小时混合效果较好。     

双层涡轮搅拌桨三维流场数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件,采用标准k-ξ紊流模型,分析了非稳态情况下双层涡轮搅拌槽内流体的三维紊流流场、紊流动能及能量耗散,讨论了不同桨间距对流场、紊流动能及能量耗散的影响。