单螺杆挤出机内混沌混合数值模拟

提出了在单螺杆挤出机内插入与螺槽等高的间断副螺棱来强化混合的结构。建立了不同副螺棱周期长度及扰动强度的物理模型数学模型,借助Fluent软件求解得到速度场。基于具有4阶精度的Runge-Kutta数值积分方法开发了流体前锋追踪代码,并对混合过程动力学进行了数值模拟表征。采用Poincaré截面分析、界面演化及停留时间分布等探讨了混合过程动力学细节,揭示混沌混合作用的尺度。结果表明:螺槽中上部存在左右2个KAM岛,其余区域为混沌混合区域。副螺棱周期长度越小,扰动强化越大,混合的效果越好。

新型混沌流翅片流动特性的研究

通过分析和数值模拟,证实了流体在新型翅片下形成的流道内呈混沌状态流动,混沌流在低Re下即可产生较强混合效果,提高了传热和抗结垢能力。新型翅片为将混沌流概念应用于板翅换热器提供有益的探索。

双转子连续混炼机中的混沌混合行为研究

运用混沌流动理论,对双转子连续混炼机混炼流场的混沌流动特性进行了分析研究,提出了采用以物料停留时间为基准的修正Lyapunov指数来描述混合过程中发生的拉伸应变,并借助于有限元计算,得出流场绝大部分区域的修正Lyapunov指数大于零,并发现混炼流场中存在非常有利于拉伸、折叠流动的涡旋流动,赋予了双转子连续混炼机优异的分散与分布混合特性。

混沌流翅片防结垢研究

针对板翅式换热器存在的结垢问题,采用新型混沌翅片来改变流道内的流动状态,利用数值计算的方法获得混沌翅片形成流道的RTD(Residence Time Distribution)曲线,直观地测定了流道死区、活塞流及全混流各部分所占的体积分数,得出了Pe数并分析了其对结垢的影响。结果表明,随着周期的增加,混沌翅片流道内的死区体积减少,活塞流体积增加,Pe数也增大,有利于流道抗结垢。通过对比,证实了混沌翅片在板翅式换热器防结垢中的工程实用价值。

间断副螺棱强化螺杆螺槽内混合行为表征

通过在螺杆螺槽内插入周期性间断结构副螺棱,建立新型螺杆计量段螺槽展开简化模型。借助动力学软件Ployflow,对聚合物在新型螺杆及普通螺杆螺槽内的流动情况进行模拟仿真,对比分析其流动混合效果,同时进行低密度聚乙烯(LDPE)/nano-CaCO3的共混挤出试验验证。结果表明,副螺棱周期性的扰动可触发混沌混合,提高聚合物流体的分散准数,延长粒子在螺槽中的停留时间分布,同时试验挤出物脆断面的微观结构也显示新型螺杆具有更好的混合效果。