啮合异向双螺杆挤出机熔体段混合元件性能的研究

摘要

啮合异向双螺杆挤出机具有物料强制输送、物料停留时间窄、自洁性好、物料受剪切作用小等特点，由于人们对其混合理论的研究的欠缺，使其在物料混合方面的应用受到限制。因此，为提高异向双螺杆挤出机的混合能力可以引入新型混合元件，以让异向双螺杆挤出机得到更广泛的应用。
　　 本文第一部分是在熔体输送段的机筒上引入销钉，通过对常规螺纹元件和在机筒上引入不同个数、不同排数和不同间距的销钉后的元件流道进行三维等温流场的模拟与分析。通过粒子示踪法对流场的动态模拟计算及其统计学后处理，得到了停留时间分布和最大剪切速率分布等与混合元件混合能力有关的统计学结果。结果表明：在机筒上引入销钉后的元件比常规螺纹元件有更好的分布和分散混合能力。
　　 第二部分则是在熔体输送段引入VCR元件，通过对常规双头螺纹元件、三头元件和VCR元件流道进行三维等温流场的模拟与分析。通过对流场流动状态的模拟计算，得到了与分散混合及输送能力相关的剪切速率场和压力场；通过粒子示踪法对流场的动态模拟计算及其统计学后处理，得到了停留时间分布和最大剪切速率分布等与混合元件混合能力有关的统计学结果。模拟结果表明：常规双头螺纹元件分散混合能力最强，常规三头螺纹元件次之，VCR元件最弱；而VCR元件分布混合能力最强，常规三头螺纹元件次之，常规双头螺纹元件最弱。
　　 通过对第二部分的实验研究表明：实验所得混合元件的分布和分散混合能力对比关系与模拟结果基本一致，说明本文所用的数值模拟分析方法可以用于新型混合元件的设计与分析。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 概述

1.2 文献综述

1.2.1 混合的基本概念

1.2.2 异向双螺杆挤出机

1.2.3 异向双螺杆挤出机的新型元件及其混合机理

1.2.4 计算机流场数值模拟和分析

1.2.5 本课题研究的目的、意义及主要内容

第二章 螺杆几何学及流场分析方法

2.1 常规啮合异向双螺杆几何学

2.1.1 啮合异向双螺杆的旋转方向和基本尺寸之间的关系

2.1.2 啮合异向双螺杆端面曲线的形成及其数学模型

2.1.2 啮合过程中的四个间隙

2.2 流场分析方法

2.2.1 计算方法及思路

2.2.2 Polyflow软件简介

2.2.3 数理模型的建立

2.2.4 边界条件的确定

2.2.5 混合元件流场的流动状态分析

2.2.6 流场动态模拟结果的统计学后处理

2.3 小结

第三章 啮合异向双螺杆销钉机筒流道的三维流场模拟和混合性能分析

3.1 数理模型、有限元模型及边界条件

3.1.1 物理模型

3.1.2 数学模型

3.1.3 有限元模型及边界条件

3.2 流场状态分析

3.2.1 压力场

3.2.2 粘度场

3.3 混合过程后处理分析

3.3.1 销钉个数对带销钉的啮合异向双螺杆挤出机的影响

3.3.3 销钉间距对带销钉的啮合异向双螺杆挤出机的影响

3.4 小结

第四章 啮合异向双螺杆VCR元件三维流场模拟和混合性能分析

4.1 数理模型、有限元模型及边界条件

4.1.1 物理模型

4.1.2 数学模型

4.1.3 有限元模型及边界条件

4.2 流场状态分析

4.2.1 常规双头异向螺纹元件

4.2.2 常规三头异向螺纹元件

4.2.3 VCR元件

4.2.4 轴向截面平均剪切速率和压力值的比较

4.3 混合过程分析

4.3.1 停留时间分布

4.3.2 最大剪切速率分布

4.3.3 固定百分比质点经受的剪切速率作用随时间的变化

4.4 小结

第五章 实验研究

5.1 实验设备

5.2 加料量标定

5.2.1 实验目的

5.2.2 实验设备

5.2.3 实验物料

5.2.4 实验结果及分析

5.3 不同构型螺杆制备PP阻燃电缆预混料的实验

5.3.1 实验目的

5.3.2 实验设备

5.3.3 实验物料

5.3.4 螺杆构型及操作条件

5.3.5 实验结果及讨论

5.4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者简介

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书