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啮合同向双螺杆挤出过程S型元件螺杆构型的研究

梁畅  
【摘要】:S 型元件是用于啮合同向双螺杆挤出机的一种新型混炼元件,其独特的几何设 计使其具有优异的熔融和混合性能,并适合在高螺杆转速下应用。本文是 S 型元 件特性研究的延续部分,采用 ANSYS 有限元分析软件对全充满状态下的包含 S 型 元件的熔体输送段进行了三维等温非牛顿的模拟计算。首先得到流场的速度场、 压力场和粘度场,而后通过编制的后处理程序计算了表征挤出特性和混合特性的 流量、回流量、回流系数、剪切速率和剪切应力以及定性表征流场温升的粘性耗 散功等。 通过对 S 型元件与常规螺纹元件在高转速下的流场模拟对比可以看到:S 型元 件各场量的平均值都随着螺杆转速的提高而呈现出线性或准线性的增长规律,所 以其高速下的流场性质可以看作是低、中转速的延伸;而常规螺纹元件在高速下 则容易产生过高的温升,并且熔融塑化质量降低。通过对 S 型元件与构型相似的 捏合块元件的流场计算对比可以看到:在相同的操作条件下,两种流场的分散混 合能力相当,S 型元件的分布混合能力比捏合块元件更好,在避免局部高剪切、局 部高耗散和局部高温升方面,S 型元件比捏合块元件也更为优越。对于 S 型元件不 同螺杆构型下的流场特性分析表明:正反向输送部分的比例对分散混合能力影响 较小,正反向输送部分交接处的 V 形高压区对于流场的周向分布混合有着至关重 要的作用,所以 V 形高压区面积最大的构型周向分布混合效果最佳。 通过一系列的如停留时间分布测定实验和在线取样等实验验证了流场分析的 结论,说明模型建立是正确的,有限元计算的方法是可行的,结果是可靠的。


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