单螺杆挤出过程中界面拉伸脉冲效应

摘要

基于涡量速度法,推导出单螺杆挤出机内三维流动无因次控制方程,提出了一种求解非牛顿流的新方法。采用交错网格,对挤出机内的幂律流体流动进行了有限体积方法数值模拟,得到了螺槽内的三维速度分布。借助4阶Runge-Kutta方法,对流体质点运动轨迹进行数值积分追踪,实现了螺槽内的层流混合过程界面形变的捕捉。发现了界面演化过程中,螺槽下部不同初始位置及取向的示踪剂界面拉伸总体表现出线性增长规律,但伴随着周期性脉冲效应,越靠近螺槽底部,脉冲的幅度越大。当界面取向沿螺槽宽度方向时,表现为等幅正脉冲,周期与流体在螺槽前进一个螺距周期相同。当界面取向沿螺槽高度方向时,脉冲幅度出现了逐级放大现象。当界面中点位于螺槽高度的20%时,表现为正脉冲；当界面中点位于螺槽高度的40%时,表现为负脉冲,两者的脉冲周期与过该中心点取向沿螺槽宽度方向的界面一致。当界面中点位于螺槽高度的60%以上时,界面前进一个螺距出现两次负脉冲。本文的结果表明,稳态挤出过程的混合过程存在着非稳态效应。