组合式双螺杆挤出机中三维等温流动的数值研究

采用有限元软件POLYFLOW,对聚合物熔体在ZSK60组合式啮合同向双螺杆挤出机3种不同构型的组合螺杆中的三维等温流动进行了数值模拟.分析并比较了组合螺杆的熔体输送特性、速度场和剪切速率场分布规律.根据拟稳态假设以及双螺杆转动过程的周期性,计算了双螺杆转动180°的流场,在此基础上,采用粒子示踪分析(PTA)方法,对组合螺杆中物料的流动形态和动态混合过程进行了可视化模拟.模拟结果与前人的实验研究结论一致.采用数值模拟可以对聚合物熔体在组合螺杆中的复杂流动形态作更为深入的剖析.

注塑机止逆螺杆头三维等温流动的数值模拟

使用聚合物流动分析软件Polyflow,模拟了注塑机止逆螺杆头中的三维等温流场。选用聚苯乙烯(PS)作为模拟流体,分析了塑化和注射两个过程中注塑机止逆螺杆头流道内熔体速度和剪切应力的分布情况,并将无止逆环螺杆头与止逆螺杆头的流场进行了比较。数值模拟结果表明:塑化时熔体速度和剪切应力的最大值均出现在沟槽处,注射时二者均出现在流道出口处;止逆螺杆头沟槽处熔体的回泄量和回泄速度较无止逆环螺杆头小得多,且沟槽处回泄的熔体到达止逆环时已被完全消除。这说明止逆环的存在可以有效地防止熔体回泄。

矩形收敛流道内聚合物熔体三维等温幂律流动的数值模拟

本文利用罚有限无法 ,采用幂律本构模型 ,对聚合物熔体在矩形收敛口模内的三维等温流动进行了数值模拟。对于幂律模型 ,即使流量非常大 ,经过有限次迭代 ,计算都能够收敛 ,并得到合理的结果。流量越大 ,则主流动方向的流速从流道入口至出口加速上升的趋势越明显。在流道中心呈现拉伸流动 ,而壁面附近则为剪切流动。流道的中心部位存在比拉伸应力更大的第一法向应力差。在同一横截面上压力并不相同 ,因此以往关于在同一横截面上的压力恒定的假设是不恰当的。采用罚有限元法 ,速度场很小的误差就可能导致压力求解较大的误差 ,而且在流道壁面附近这种误差表现得特别显著 ,因此用罚有限元方法求解压力场有较大的局限性。

同向双螺杆挤出机捏合段三维非等温流动的数值模拟

建立了同向双螺杆挤出机捏合段三维非等温流动一种新的物理模型,利用Polyflow软件包对其进行了数值求解,给出了流道内压力、速度的分布,以及进出口压力差对捏合段流量、温度及压力的影响规律。数值结果对捏合盘的设计和工艺参数的选择有一定的指导意义。

双转子连续混炼机混炼段分散混合效率的研究

利用有限元分析软件Polyflow对自行设计的ECM30型双转子连续混炼机转子的混炼过程作了三维等温流场分析,借助于剪应力和混合指数对转子的分散混合效率进行了分析研究;讨论了不同的操作工艺对分散混合效率的影响。该数值模拟的结果将有助于针对不同的聚合物采用不同的混炼工艺,使得聚合物在转子中的混合达到最优化。

双转子连续混炼机转子混炼段流场的数值研究

采用有限元分析软件POLYFLOW对非牛顿聚合物熔体在ECM30双转子连续混炼机转子混炼段的三维等温流动进行了数值模拟,得到了转子混炼段流场的压力、各速度分量、剪切速率的分布。通过对这些流场参数分布的分析,发现在该类混炼机的轴向存在着一定的反向流动,使得该设备具有较强的轴向分布混合特性；另一方面,转子螺棱顶部与机筒内壁的间隙处存在较大的剪切速率,保证了对物料进行有效的分散。

ECM30双转子连续混炼机转子及嵌入块结构对分散混合性能的影响

计算比较了双转子连续混炼机不同转子结构和嵌入块时的轴向速度分布、剪切应力和混合指数的分布，得到了转子结构和嵌入块的嵌入深度对ECM30双转子连续混炼机分散混合性能的影响。转子螺棱交汇区的长度减小，其流场的剪切作用增强，拉伸作用减小；转子螺棱包角增加，转子的返混能力增加，剪切和拉伸作用减小。增加嵌入块的高度，返混能力增强，剪切作用增加，拉伸作用减小。

螺杆转速和机筒温度对加工聚丙烯的影响

分析工艺条件对螺杆注射加工聚丙烯的影响.在不同螺杆转速和机筒温度条件下,使用有限元法数值计算螺杆头为35°锥角且带止逆环的注射螺杆流道内熔体的三维非等温流场.分析了熔体的温度、剪切应力、黏度和黏性热.研究结果表明,在塑化过程中,当螺杆转速由45 r/min提高到105 r/min时,熔体的最大流速、剪切应力和黏性热分别增大了1.60,0.41,2.00倍.当机筒温度从573 K降低100 K时,塑化时熔体的最大速度减小了0.011 m/s,熔体的最大剪切应力、黏性热和熔体黏度分别增加了1.13,1.15,6.39倍;注射时熔体的最大流速减小了0.359 m/s,熔体的最大剪切应力、黏度和黏性热分别增大了1.32,2.40,1.87倍.