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组合式三螺杆挤出机中流动和混合的数值模拟

邓霁兰  
【摘要】: 在三螺杆挤出机的挤出工艺中,混合元件的合理组合对三螺杆挤出机的挤出性能有着重要影响。啮合块是三螺杆挤出机主要的混合元件,对单独的啮合块进行模拟时,简化的出、入口边界条件在一定程度上造成模拟计算与实际挤出的偏差。将啮合块上、下游加入螺纹元件一同参与计算,可适当的解决出、入口边界条件失真的问题。同时,在模拟过程中改变工艺条件和上、下游螺纹元件的类型,对于研究工艺条件、螺纹元件对啮合块流场的影响具有指导性意义。 网格划分对于三螺杆挤出机数值模拟结论的准确性有着重要影响。通过对啮合同向旋转双螺杆挤出机中停留时间的实验验证,确定了合适的网格划分原则及网格精度。以此为基础,并结合正交实验设计方法和方差分析方法,分析啮合块类型、螺杆转速、啮合块下游螺纹元件与体积流率的变化对一字型排列组合式三螺杆挤出机流场及混合性能的影响。 通过分析平均压力、回流量、回混系数和平均剪切速率可以对各组合三螺杆流场的轴向建压能力、分布混合能力和分散混合能力进行定量的了解。分析得到:组合式三螺杆挤出机中啮合块的平均压力主要受流场下游螺纹元件的影响。正向、中性啮合块的回流量及剪切速率主要受螺杆转速影响,随螺杆转速的提高而提高。反向啮合块的回流量及剪切速率主要受流场下游螺纹元件影响,反向的螺纹元件使反向啮合块回流量及剪切速率提高。 在对不同组合形式的三螺杆挤出机流场定量分析的基础上得出中性、反向啮合块的混合性能好于正向啮合块。进一步对中性、反向啮合块停留时间分布、拉伸速率对数(ln? )平均值与ln?分布的模拟结果得到:组合式三螺杆挤出机中性啮合块分布混合能力受流场下游的螺纹元件影响不大,随体积流率的提高而降低,随螺杆转速的提高而增强。反向啮合块的分布混合能力优于中性啮合块,受体积流率影响不大,随螺杆转速提高而增强。


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