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组合式双螺杆挤压膨化机设计及有限元分析

韩进  
【摘要】:双螺杆挤压膨化机在食品加工、饲料生产、塑料成型等方面应用十分广泛。其中,挤压膨化设备所使用的螺杆挤压技术是一种先进的材料挤出技术,其主要应用于膨化食品领域。双螺杆挤压膨化机中以螺杆作为核心元件,分析螺杆构型对物料的剪切、混炼过程对双螺杆挤压膨化机结构改进具有重要意义。本文以数值模拟计算为研究方法,在三维实体造型软件SolidWorks环境中对双螺杆挤压膨化机建立实体模型,使用ICEM CFD网格划分软件将实体模型抽象为网格模型,将网格输入ANSYS Workbench软件集成环境中的CFX后处理模块中进行模拟数值计算。通过对不同螺杆构型的双螺杆挤压膨化机进行数值计算分析对比,设计研究出一种带有中性捏合块元件和反向螺纹元件的新型组合式双螺杆挤压膨化机。以低温豆粕作为实验材料,研究低温豆粕在其流道内部中的运动规律,通过对三种螺杆构型下的双螺杆挤压膨化机流道内低温豆粕物料进行速度场与压力场进行分析,同时选取特殊截面微观分析。并对模拟结果进行实验验证,得出具有新型螺杆构型的双螺杆挤压膨化机比传统的双螺杆挤压膨化机具有更好的建压能力与混合性能。本文通过研究所得的结论包括:对三种螺杆构型下的双螺杆挤压膨化机进行速度场和压力场分析,详细描述低温豆粕在机筒内的运动规律,得出处于每种螺杆构型下物料的速度与压力变化规律,为后期结构设计提供参考。增设中性捏合块元件,物料在机筒内部停留时间增大,物料流动的连续性被打散,混合性能提高,有利于物料在机筒内的充分混合。增设反向螺纹元件可以获得更高的建压能力,提高产品产量。在普通螺杆构型的基础上同时增设中性捏合块元件与反向螺纹元件所构型的新型螺杆结构,在混合性能、建压性能与挤出性能等方面可以获得显著提高。


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