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三角形排列的全啮合三螺杆挤出机流场分析剪切分散和剪切温升计算研究

张文呈  
【摘要】: 聚合物加工业中,螺杆挤出机以其应用上的诸多优越性能而占有很大市场。三角排列形的三螺杆挤出机是挤出机械的又一新创意,所具有的独特的挤塑特性、运作机理使其在高聚物的共混改性、功能改性及高填充母粒制备等方面独具优势。由于三螺杆挤出工业装备是这两年刚刚问世的新技术,对其挤出特性,如能耗、分散、排气等作了很好的研究测试,然而,由于是一项问世不久的新技术,对三螺杆挤出机中物料的流动形态、混合混炼机理和剪切作用等方面有待深入研究。 随着计算机计算能力的升级与有限元软件的发展,数值模拟方法已成为研究螺杆类挤出机流场的重要手段。为了对三螺杆挤出机中塑料融体的流动形态与混合机理有较深入的研究,本文使用聚合物流动分析软件POLYFLOW开展了以下几个方面的研究: (1)针对三角形排列的全啮合同向三螺杆挤出机工业样机的螺杆参数进行建模,进行三维等温流场的数值模拟,使用网格重叠方法优化网格质量;使用粒子示踪模拟方法研究了连续转动的三螺杆挤出的周期性流场,研究了物料的流动形态和混合机理,求解了非牛顿型聚合物融体的速度场、压力场、剪切速率场、粘度场。 (2)为了评估三螺杆挤出机的分散混合能力,使用POLYSTAT后处理软件,并引入累计最大剪切速率分布及其概率密度分布等概念来分析比较物料的流动轨迹、停留时间分布及最大剪切速率。通过对由不同位置为起点的四个示踪粒子的运动轨迹的描述,较直观地表述了三螺杆挤出机内物料在空间位置上的多重交换。 (3)运用层流剪切理论,对三螺杆挤出的粘性剪切生热进行了计算,并与双螺杆的剪切进行了比较,结合实际试验的测试数据,以对比探讨计算方法和结果的正确性。粘性剪切热的计算,对螺杆挤出机工艺温度与控制时段的合理调控,实现整个挤出过程的节能降耗具有一定的指导意义。


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