卧式单轴捏合反应器结构对流体流动与混合特性的影响

为进一步分析卧式单轴捏合反应器内流体流动与混合特性,采用有限元方法与粒子示踪技术,通过数值模拟方法研究了高黏牛顿流体在不同结构卧式单轴捏合反应器内的流动与混合过程。首先,采用有限元方法对不同结构反应器内流体流动过程进行模拟,以分析反应器结构变化对流体速度分布、剪切速率分布和混合指数分布的影响规律;然后,采用粒子示踪技术对不同结构反应器内流体混合过程进行分析,以探究反应器结构变化对流体分布混合过程、拉伸率及混合效率的影响规律。结果表明:分布混合的实验结果与数值模拟结果吻合较好;高速度、高剪切区域的面积随捏合杆侧边长度的增加而增大;反应器内混合指数分布大于0.7所占的比例,随静态捏合杆数目和捏合杆侧边长度的增加而先增大后减小;增加静态捏合杆数目有利于强化分布混合过程;平均对数拉伸率随静态捏合杆数目和捏合杆侧边长度的增加而增大;平均时均混合效率随静态捏合杆数目的增加而先增大后减小,随捏合杆侧边长度的增加而增大。该研究得到的反应器结构变化对流体流动与混合特性的影响规律,可为卧式单轴捏合反应器的优化设计提供理论指导。

基于自动化生产的含能材料捏合工艺安全分析

针对现有高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)使用大型防爆立式捏合机生产时难以实现自动化的生产模式,建立5 L与40 L容量的捏合机模型,通过数值仿真分析在相同搅拌时间下的参数。4 s时刻5 L捏合机相对40 L捏合机,最高温度低0.768%,剪切速度低49.6%,剪应力低51.5%,最高压强低47.9%,铝粉均匀度差值小0.0619,冲击波与殉爆安全距离分别少75%与64.6%,危害面积减小50%。结果表明:以多个小型捏合机等效代替一个大型捏合机方式更能实现浇注PBX炸药的连续化、自动化生产。

双螺杆捏合机转子型线设计与数值模拟

利用曲面共轭原理建立双螺杆捏合机转子型线设计与螺杆转子共轭曲面啮合方程的数学模型,提出一种可对高黏度物料进行输送、混合及塑化作用的新型双螺杆捏合机螺杆转子型线,给出转子螺旋副组成齿型线参数方程,进行转子结构设计。建立双螺杆捏合机流场数值仿真模型,依据计算流体动力学理论,对非牛顿流体流动进行三维、等温稳态有限元数值分析,研究其在不同转速及中心距条件下流场压力场分布、速度场分布、最大切应力、物料流动速率等特性;依据流固耦合理论,求解捏合机内部流体和双螺杆转子结构耦合方程,研究不同工况下流体压力和扭矩对螺杆转子应力和变形影响的变化规律。研究结果为双螺杆捏合机转子型线、结构参数的设计以及工艺参数的合理设定提供理论依据。

双螺杆捏合机螺杆转子多场耦合特性数值模拟

以某新型双螺杆捏合机螺杆转子为研究对象,采用间接耦合以及弱耦合方法实现转子温度场和应力场、流场和应力场的耦合特性的数值模拟。将温度场作为体载荷施加在流固耦合结果上,实现螺杆转子温度场-流场-应力场的多物理场耦合特性数值模拟,以研究不同工况下在流场温度、流体压力和不同扭矩对双螺杆转子的综合应力和综合变形的多场耦合作用机理,并对螺杆转子在各物理场单独作用及耦合作用下的应力和变形情况进行对比分析。研究结果表明:与流场对转子产生的变形与应力相比,热变形是导致转子实际变形的主要因素,螺杆转子热变形的变化趋势与其实际综合变形的变化趋势基本一致,而由温度场导致的转子热应力值较小,远小于转子受到流场以及扭矩产生的应力值。根据分析结果可以确定双螺杆捏合机中对转子强度、刚度起主要影响作用的因素,以及确定转子合理工作间隙。研究结果对转子微观形貌的主动反演设计以及工作间隙的合理选择提供理论依据。

往复式销钉螺杆挤出机设计原理

结合研制实践 ,分析了往复式销钉螺杆挤出机的结构特点 ,阐述了该类机型的设计原理 ,对若干重要的技术难点提出了解决办法。

半干法制备非晶颗粒态玉米淀粉

采用捏合机为反应器,结合高压,乙醇保护法和中等水分湿热制备非晶颗粒态淀粉原理,研究制备非晶颗粒态淀粉的新方法。考察了反应温度,乙醇体积分数,淀粉湿度,反应时间和反应压力对玉米淀粉的非晶化的影响,用偏光显微镜观测处理后的淀粉颗粒结构变化。结果表明∶捏合机反应槽中,反应温度为80℃,乙醇溶液中水与95%乙醇质量比为1∶1,原淀粉与乙醇溶液质量比为8∶5,在密闭的环境下反应时间为20min,可制备出非晶化率达到体积分数95%以上,无需洗涤可直接干燥,分散性良好的非晶颗粒态玉米淀粉。

立式捏合机桨叶型面设计与优化

针对现有立式捏合机桨叶设计的缺陷,依据立式捏合机的捏合原理和运动特性,分析和评价了现有空心桨叶的建模过程,提出了空心桨叶捏合面新的建模方法。仿真分析表明,修正后的空心桨叶捏合范围增加了约31.5%。以实心桨非捏合面为例,根据桨叶的力学性能、运动特性和加工要求,找出了非捏合面的建模区域,对非捏合面轮廓进行了重新设计,并进行了圆弧化处理。仿真分析表明,在不削弱桨叶刚度的情况下,使其桨叶最大应力减少约20%。将新的设计方法应用到桨叶设计过程中,对桨叶的混合性能和力学性能有较大改善。

新型搅拌捏合机搅拌轴强度的有限元分析

通过CAD软件三维绘图功能建立搅拌捏合机搅拌轴实体模型,采用有限元法对搅拌捏合机搅拌轴强度进行了分析比较,为搅拌轴的设计和生产提供了理论依据,证明了用有限元法验证搅拌捏合机的强度分析是可行的。

高剪切纤维离解机对麦草浆物理性能影响的研究

兼备压榨和剪切作用的高剪切纤维离解机,能够实现改善纸浆滤水性能和浆张强度的较佳结合。本文探讨了该设备处理条件对漂白麦草浆物理性能的影响。结果表明,离解机出口压力对纸浆性能影响最大。在进浆浓度10%、离解机转速15r/min、出口压力0.08MPa的条件下,纸浆的打浆度下降5.5°SR,滤水性能得到改善,松厚度提高8.7%,粗糙度降低9.6%,透气度提高26.8%,撕裂指数提高9.8%,但抗张指数下降37.6%。

立式捏合机混合釜内流场遍历性研究

流场遍历是流场混合的必要条件。根据立式捏合机混合釜内螺旋桨刃尖的运动特征,定义了穿越、遍历率和遍历时间等基本概念;提出了用遍历率和遍历时间来评价流场遍历性能;分析了螺旋桨的自转公转转速比对流场遍历率和遍历时间的影响。研究结果表明:螺旋桨的自转公转转速比对流场遍历性能具有极大影响,并可以通过比较不同转速比所对应的遍历率大小得到较优的螺旋桨的自转公转转速比;采用双螺旋桨能明显提高系统遍历率,降低遍历时间。

新型双螺杆捏合机流场动力学特性数值模拟

针对一种新型双螺杆捏合机流场动力学特性进行数值模拟,建立双螺杆捏合机流场数值仿真模型,依据计算流体动力学(CFD)理论,对非牛顿流体进行三维、等温稳态数值分析,研究其在不同转速及中心距条件下压力场分布、速度场分布、最大剪切应力、物料流动速率等特性。研究结果表明:随着转速不断提高,流场最大压力、流量流动速率、最大剪切应力都会随之增大;螺杆转子对流场的最大剪切应力值随中心距的增加先增大后减小,而流动速率随中心距的增加不断增加,但当中心距增加到一定值后,流动速率会出现负值,物料出现严重回流,导致捏合机无法正常工作。研究结果为双螺杆捏合机结构参数的设计优化以及性能预测提供理论依据。

基于有限元法的搅拌捏合机搅拌轴疲劳分析

以有限元法为基础,在建立搅拌轴有限元力学模型的基础上,先借助有限元软件ANSYS静力分析找出搅拌轴上的危险点,再通过ANSYS-Fatigue模块对这些点进行疲劳寿命分析。通过对危险点螺棱与轴的过渡部分进行疲劳寿命分析,得到疲劳累积系数0.6,表明该搅拌轴在使用年限内满足疲劳强度要求。

差速搅拌捏合机的螺棱设计及其螺旋角优化

针对煤质活性炭制备过程中煤粉物料的混合均匀度问题,根据物料特性,对现有差速搅拌捏合机进行了螺棱的重新设计,使其更能满足特定物料的混合。由于螺棱螺旋角对搅拌质量、搅拌效果有很大影响,对影响螺棱螺旋角的两个因素(物料与螺棱摩擦角、物料内部剪切角)进行了分析,得出一个螺旋角的合理取值范围。对其在合理取值范围之内的螺旋角,通过ANSYS进行了不同螺旋中径螺旋角下螺棱危险节点的应力最大值的分析,归纳出了螺旋角对应力最大值的影响规律。研究结果表明,在满足合理定义域、物料内部剪切力的条件下,螺棱危险节点的应力最大值在螺棱螺旋角取范围为70°<β<75°时最小;当螺棱螺旋角位于这个取值范围内时,螺棱对物料的搅拌质量较高,且螺棱使用寿命更长,工作更为可靠。

搅拌捏合机搅拌轴螺杆外形曲线形成过程

用数学方法对搅拌捏合机搅拌轴螺杆外形曲线的形成过程进行了详细的推导,得出了主搅拌轴截面曲线形状公式。通过公式计算结果得出:①当清洁轴与主搅拌轴转速比为4时,搅拌捏合机具有良好的搅拌混合性能与制造工艺性;②搅拌轴螺棱间不发生干涉,优化了搅拌轴螺杆参数。

往复式单螺杆销钉挤出机停留时间分布研究

使用Polyflow软件对往复式单螺杆销钉挤出机(Buss机)三类典型螺纹元件的停留时间分布(RTD)进行了三维动态模拟,分析了工艺条件和物料特性对RTD的影响。根据Buss机的螺杆组合构型,应用卷积技术求得了物料沿整根螺杆的RTD曲线,探讨了物料在Buss机内的RTD规律与工艺条件变化的相关性。

往复式单螺杆销钉挤出机新型混合元件的开发及其混合性能研究

结合Φ45往复式单螺杆销钉挤出机(Buss Kneader)新型四头螺纹混合元件NKE的开发研究,利用有限元方法对物料在NKE元件内的流动情况进行了三维动态模拟。并与常规三头螺纹混合元件(KE)从动态混合过程、停留时间分布、分布混合及分散混合性能4个方面进行了对比;分析了加工条件对NKE元件停留时间分布、分布混合及分散混合性能的影响。

往复螺杆捏合机的结构及其多功能性

往复螺杆捏合机以螺杆既转动又往复运动的独特工作原理被广泛应用。就往复螺杆捏合机螺杆与多齿型机筒的结构特点、行程和工作原理进行了论述,综合分析了节能降耗、温度均匀、混炼和泵送等方面的良好性能,并说明该捏合机仅以一部机器就能适应多种配混工艺的优异特性。

高剪切纤维离解机对杨木BCTMP物理性能的影响

利用高剪切纤维离解机处理杨木BCTMP。实验结果表明:纸浆中的纤维束去除率可达87%以上;纸浆纤维形态发生了变化,纤维的柔软度有所提高;纸浆的游离度略有下降,但对纸浆滤水性能影响甚微。浆张表面粗糙度得到改善;浆张的抗张指数和撕裂指数分别提高了22.6%和28.8%;浆张的松厚度和不透明度略微下降。

高黏聚合物系脱挥设备研究进展

聚合物脱挥对产品性能和缩聚反应过程具有十分重要的影响。脱挥设备是实现聚合物高效脱挥的关键手段。针对高黏聚合物系脱挥过程特性,指出增大气液相界面积和提高界面更新速率是改进脱挥设备的关键。综述了刮板式薄膜脱挥器、螺杆挤出机、卧式圆盘反应器和卧式捏合反应器等脱挥强化设备的技术特性和应用现状,并介绍了以旋转填充床为代表的新型脱挥强化设备的研究进展,为实现高黏聚合物系高效脱挥提供了新途径。

纤维素醚生产工艺和设备改进

介绍了最近十年纤维素醚生产工艺及设备的改进工作,分析了捏合机与犁刀反应器在纤维素醚生产工艺中的不同特点。伴随着纤维素醚产业的快速发展,单套装置的生产能力正在从几百吨级向几千吨级过渡,新型装备代替老式装备是一种必然趋势。