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《北京化工大学》 2001年
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双螺杆挤出过程轴向循环流理论分析及实验研究

马秀清  
【摘要】:本文引入了轴向循环流动的概念。传统的非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出机都是靠两根螺杆的旋转将物料往前输送的,而轴向循环流动是指一根螺杆的某一区段将物料往前输送,对应的另一根螺杆上的该区段将物料往回输送,在该区段物料将形成轴向循环流动。 本文通过对双螺杆挤出过程熔体输送段常规螺纹元件流道和引入轴向循环段的组合流道的流场分析,建立了非啮合、啮合同向及啮合异向常规螺纹元件流道流道及引入轴向循环段的组合流道的物理模型及有限元模型,对所建立的模型进行了数值模拟,得到了压力场、速度场及粘度场,同时经过后处理得到了直观的压力分布、轴向速度分布、剪切速率分布、剪切粘度分布及剪切应力分布,并分析了几何参数、物性参数及操作参数对引入轴向循环段的非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出过程输送特性和混合能力的影响。同时提出了分布混合能力判别系数G的概念,并用其对分布混合能力的强弱进行了准确的分析。 模拟结果表明,常规螺纹元件左右流道的流量是相等或基本相等的,但引入轴向循环段后,左右流道的流量均减小,且反向输送元件在那根螺杆上,那边流道的流量更小一些。 在非啮合、啮合同向及啮合异向(改进后)双螺杆挤出过程中均可形成轴向循环流动。引入轴向循环段后,双螺杆挤出过程的输送能力降低,但分布混合能力却大大增强。同时轴向循环段的引入使常规段的剪切速率及剪切应力也得到一定的提高,但由于轴向循环段是非啮合段且该段一根螺杆将物料往前输送,另一根螺杆将物料往回输送,其剪切速率及剪切应力比常规段要小,因而引入轴向循环段后整个计算域的剪切应力有所减小,分散混合能力有所减弱。 为了验证所建模型的正确与否,对非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出过程常规螺纹元件流道和引入轴向循环段的组合流道进行了大量的实验研究。 流量及压力的实验结果表明,非啮合、啮合同向及啮合异向双螺杆挤出过程熔体输送段所建模型均是正确的,用有限元数值分析方法对双螺杆挤出过程进行模拟是可行的,实验结果与计算结果极为吻合。 停留时间分布的实验结果表明引入轴向循环段的组合流道其最少停留时间较长,可以有足够的时间使物料反应或混合,且其纵向混合量大于常规螺纹元件流 北京化』二大学博士学位论文 道,分布混合能力强,但引入轴向循环段后双螺杆挤出机的自洁能力会差一些。 在线取样及出口取样的实验结果表明引入轴向循环段后物料的分布较为均 匀,分布混合能力得到改善,同时对啮合异向双螺杆的实验结果表明轴向循环段 的引入可改善其排气性能。 轴向循环流的形成实验结果表明轴向循环流动在啮合同向和非啮合双螺杆挤 出过程中均可实现,在全啮合异向双螺杆挤出过程中没有轴向循环流动,但在啮 合同向双螺杆挤出过程中形成的轴向循环流不是很明显,且形成的是小范围的轴 向循环流动。 各参数对轴向循环流的影响实验表明螺杆转速及轴向循环段长度的增大均不 利于轴向循环流动的形成,而加料量和机头压力的增大是有利于轴向循环流的形 成的。 引入轴向循环段后的螺杆组合其单耗及螺杆扭矩均比相同条件下的常规螺纹 元件螺杆组合大,这主要是由于引入轴向循环段后其充满段长度增长,但单耗和 螺杆扭矩的增大并没有引起熔体温度较大的升高,且熔体温度较为稳定,表明多 消耗的能量可能用于混合能力的提高上。 关键词:双螺杆挤出机,挤出过程,轴向循环流动,流场分析,混合 第ii页
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TQ05

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【引证文献】
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9 陈金耀;陈英姿;李惠林;;聚合物挤出过程中超声降粘的物理和化学效应[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
10 吴青;;SV型静态混合器中气-液两相流动的研究[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会第四届学术年会论文集[C];1995年
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1 周一兵;大型双螺杆挤压造粒机组首次实现国产化[N];中国石化报;2010年
2 特约记者 周一兵;大型双螺杆挤压造粒机组实现国产化[N];首都建设报;2010年
3 周一兵;双螺杆挤压造粒机组首次国产化[N];中国化工报;2010年
4 施嘉;大型双螺杆挤压造粒机组首次实现国产化[N];中国包装报;2010年
5 王振平;大型双螺杆挤压造粒机组首次国产化[N];中国工业报;2010年
6 王振平 记者 李楠;大型双螺杆 挤压造粒机组 首次国产化[N];大连日报;2010年
7 唐伟家;单双螺杆可互换型材挤出机问世[N];中国化工报;2003年
8 汪达海 张生;产研结合给达诚机械插上了腾飞翅膀[N];中国包装报;2010年
9 刘藉仁;破位 立在其中[N];证券日报;2004年
10 ;我国光固化涂料将向“三化”发展[N];中国包装报;2006年
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6 吴莉莉;阴离子聚合反应挤出工艺过程的数值模拟[D];山东大学;2007年
7 张国芳;自由基反应挤出过程的数值模拟与优化设计[D];山东大学;2009年
8 刘赫扬;苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺耐热树脂制备及其反应挤出过程研究[D];浙江大学;2007年
9 邢应生;螺杆冷却时单螺杆挤出过程熔融机理及相变行为的可视化研究[D];北京化工大学;2004年
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3 黄丽容;硅烷交联聚乙烯双螺杆挤出过程的研究[D];北京化工大学;2003年
4 白杰;锥形双螺杆挤出机仿真系统的初步研究[D];北京化工大学;2004年
5 梁畅;啮合同向双螺杆挤出过程S型元件螺杆构型的研究[D];北京化工大学;2003年
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7 孙静;单螺杆挤出过程计算机仿真系统[D];北京化工大学;2003年
8 曾柳;管材挤出机头流道参数化设计及流场分析[D];北京化工大学;2004年
9 张超;涡流纺流场的模拟及机理的研究[D];青岛大学;2008年
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