基于CFX的新型豆粕单螺杆挤出机数值模拟分析

单螺杆挤出机是加工以豆粕为原料的膨化食品行业中使用的关键设备。普通单螺杆挤出机存在混合不充分、比能耗低的缺点,为了提高其性能,运用ANSYS/CFX软件对具有三角屏障混炼元件以及反向螺纹元件的新型单螺杆挤出机的流道进行流场分析。研究分析豆粕在其流道中的运动情况,包括速度矢量图、速度流线图、宏观压力图,并和具有普通单螺杆元件挤出机进行对比分析,结果表明:新型组合式单螺杆挤出机的建压能力较好,可切断重排豆粕的速度流线,有利于豆粕更好地混合。研究结果可为单螺杆挤出机设计提供参考。

瞬态熔融理论在单螺杆挤出机中研究进展

总结了瞬态熔融理论的发展历程,并对比了其与螺杆挤出行业中的强制熔体移走的熔融理论。总结了瞬态熔融理论应用于单螺杆挤出机的相关熔融理论的研究,指出将瞬态熔融理论与沟槽机筒和分离型螺杆结合,理论上可提高单螺杆挤出机熔融能力的提升,从而匹配沟槽机筒单螺杆挤出机的高固体输送效率,提升单螺杆挤出机的产量和制品质量。

普通螺杆和屏障螺杆挤出机的计算机模拟

提出了普通螺杆和屏障螺杆的计算机模拟方法 ,所用模型包括喂料区、固体输送区、熔融区和熔体输送区。在屏障螺杆中其固体熔融速率是按Tadmor模型计算出来的。而Tadmor模型的固体床速率是以固体床厚度和宽度的变化为基础。模拟的数据同实验数据相比较 ,可精确合理的预测出普通型和屏障型螺杆挤出特性。

挤出机螺杆转速对HDPE/MPA共混物结构和阻透性能的影响

从理论上分析了挤出机螺杆转速与聚合物共混物中分散相颗粒数的关系以及螺杆转速对共混物阻透性能的影响 ,实验测定了在不同转速下制得的共混物的阻透性能。并根据阻透性能与结构参数之间的对应关系 ,从渗透实验数据推算出不同转速下共混物内不可透薄片的形状参数。实验表明 ,一般情况下溶剂透过共混物的渗透率随着转速的增加 ,有一个先降后升的变化过程。渗透率最低点对应的转速为最佳转速。分散相体积分数不同 ,其最佳共混转速不同。当共混转速超过临界转速后 ,溶剂渗透率的对数值随转速线性增加。

分离型注射螺杆设计及实验分析

螺杆是注射成型机的关键零件,对注射成型制品的质量有直接的影响。介绍了分离型注射螺杆的设计过程,并以自行设计的分离型螺杆和通用螺杆进行了不同工艺条件下塑化能力、塑化质量、轴向温差等的实验分析。研究表明,与通用型螺杆相比,分离型螺杆具有较高的塑化能力,同时可以提高熔料的塑化质量。

普通螺杆和屏障螺杆挤出机的计算机模拟

提出了普通螺杆和屏障螺杆的计算机模拟方法 ,所用模型包括∶喂料区、固体输送区、熔融区和熔体输送区。在屏障型螺杆中 ,其固体熔融速率是按Tadmor模型计算出来的 ,而Tadmor模型的固体床速率是以固体床厚度和宽度的变化为基础的。模拟的数据同试验数据相比 ,可精确合理地预测出普通型和屏障型螺杆的挤出特性。

利用往复扰动螺棱强化单螺杆挤出机内混合模拟表征

提出了采用副螺棱轴向往复运动提高单螺杆挤出机混合的结构并建立了相应的数学模型。对挤出机内牛顿流体三维周期性流动和混合过程进行了数值模拟。采用有限体积方法,变量分布采用交错网格,副螺棱的周期性运动边界通过叠加网格方式实现。采用4阶Runge-Kutta方法实现流体追踪计算,得到了示踪剂界面增长及累积停留时间分布。采用Poincaré截面揭示混沌混合存在的区域,证实了副螺棱往复运动能够产生混沌混合效应提高螺槽内的混合效果,与其位置固定时相比,缩短了平均停留时间,停留时间分布变窄。作为对比,同时分析了常规的副螺棱位置固定的单螺杆挤出机内的相应混合行为。

大气压氩等离子体射流特性

为了在大气压下获得均匀、稳定且具有较大体积的氩气介质阻挡放电等离子体射流,提出了一种新的同轴型具有螺纹型内电极结构的等离子体发生器结构设计,在大气压开放环境下获得了均匀稳定的类辉光氩气介质阻挡放电等离子体射流。实验和初步的零维数值模拟结果表明:在所研究的工作参数范围内,放电随外加电压的增加可工作于初始放电阶段、过渡阶段、稳定放电和不稳定放电阶段;在稳定放电模式下,均匀弥散的类辉光放电可充满内径为8.9mm的玻璃管,发射光谱测量结果表明在等离子体射流区含有多种化学活性粒子;数值计算和实验测量所估算的等离子体射流长度基本一致(可为30mm以上),且等离子体射流发射光谱强度的轴向分布与其中亚稳态粒子的退激发过程相关。

挤出机螺杆直槽式屏障混炼元件的优化设计

研究挤出机螺杆直槽式屏障混炼元件的优化设计问题。根据粘性流体流动基本方程,以单位产量能耗最小为优化目标,建立简化的挤出机螺杆直槽式屏障混炼元件优化设计的数学模型,并应用复合形法求解,确定剪切长度、剪切间隙、屏障长度和屏障槽数等主要几何参数。本研究优化结果均在文献所建议的最佳取值范围内。

屏障混炼塑化单元加工聚合物塑化混合特征

针对叶片式挤出和注射成型加工设备中的屏障混炼塑化单元,应用流体动力学软件Polyflow对其加工聚合物的塑化混合特征进行模拟并与螺纹单元比较。结果表明:屏障混炼塑化单元熔体黏度沿单元周向转动方向逐渐降低,最大剪切速率曲线在螺纹单元的右方,混合指数以大于0.5的区域为主,分离尺度曲线与螺纹单元的相近,拉伸长度对数、拉伸速率和时均混合效率的曲线均在螺纹单元的上方。因此,屏障混炼塑化单元实现了对聚合物熔体的正位移输送,有利于聚合物塑化能力和混合效果的提高;屏障混炼塑化单元流场内物料以拉伸作用为主,对聚合物的拉伸作用要强于螺纹单元,有利于对物料分散混合效率的提高;屏障混炼塑化单元对聚合物的分布混合能力与螺纹单元相当,对聚合物的分散混合能力大于螺纹杆单元,采用屏障混炼塑化单元加工聚合物具有很好的混合质量和节能效果。

注塑机用波状型分离螺杆混炼性能数值模拟

借助于有限元数值模拟软件Ansys Polyflow,对普通型分离螺杆和波状型分离螺杆混炼性能进行数值模拟研究,对比分析了两种螺杆构型在相同的参数条件下的塑化效果和流场特点。结果表明,相对于普通的双螺纹型分离螺杆,波状型分离螺杆螺槽深度的周期性变化,使熔体获得更大的压力和剪切作用,但由于波状凸起占据了部分螺槽空间,导致副螺棱的分离作用没有得到充分发挥;波状型分离螺杆螺槽内的起伏变化,造成螺杆径向方向受力大小波动较大、轴向受力较大,这对螺杆强度和传动动力有着严格的要求。因此,需要进一步优化波状型分离螺杆螺槽构型,设计出分离作用明显、径向受力平稳且轴向受力较小的螺杆构型。

附加CRD拉伸混合功能的屏障段设计

屏障型螺杆是一种有效的分离元件。CRD混合螺杆基于拉伸混合的原理具有较好的打碎未熔融物料微粒的能力。本文在屏障型螺杆设计中引入CRD螺杆拉伸混合的机理,使得屏障段在分离物料的同时增加分散混合能力。

等离子体提高平流层螺旋桨气动性能的数值分析

基于介质阻挡放电等离子体的体积力气动激励机理,仿真研究了等离子体增升减阻技术对沿螺旋桨桨径方向均匀分布的10个叶素气动特性的改善效果。采用叶素理论,对比分析了等离子体对螺旋桨整体气动性能的提高效果。主要结论有:桨尖和桨叶根部的叶素容易发生气动分离现象,其中根部叶素处于负攻角的工况中;采用介质阻挡放电等离子体流动控制技术可以完全抑制流动分离不太严重的桨叶中部区域的叶素气动分离,对桨尖处翼型的严重气动分离不能完全抑制但也有改善作用,但对处于负攻角工况的叶素作用不大;等离子体增升减阻技术确实可以提高螺旋桨的气动性能,对本文所研究的情况,螺旋桨的拉力和效率分别提高了28.27%和12.3%。

吹重包装膜机组的设计

概述了机组用途,主要组成部分,技术参数与结构特点,并着重叙述与探讨了换网装置、双复合机头、双风道环、内冷系统、旋转器等的用途,结构原理和特征。

螺杆元件类型对聚乙烯接枝反应的影响

研究了不同类型平行同向双螺杆挤出机的螺杆元件对聚乙烯熔融接枝马来酸酐的影响。通过对不同螺杆元件类型对聚乙烯接枝反应的研究,发现聚乙烯接枝率随着剪切强度增加而增加,螺杆元件的分散和分布能力决定了聚乙烯接枝反应的反应程度,并制备出接枝效率高、粘接力高和晶点少的接枝物,可应用于多层共挤吹膜领域。

塑料挤出机节能高效螺杆设计

在详细分析屏障螺杆的结构特点、工作原理和加工要求的基础上,选择最优设计参数,并使用流体力学软件,数值仿真动态模拟螺杆的挤出过程,达到节能、高效和高质量生产塑料农膜的目的。

临近空间介质阻挡放电特性及其提高螺旋桨性能的数值分析

为研究介质阻挡放电(DBD)等离子体对临近空间螺旋桨气动性能的提高效果,首先基于静电场方程和漂移-扩散方程,研究了临近空间DBD特性,得到等离子体时均体积力分布,通过求解N-S方程,结合叶素理论,分析了等离子体对叶素流动分离的抑制作用和螺旋桨整体气动性能的影响。主要结论有:在临近空间中,DBD电极附近最大离子数比大于最大电子数密度,但离子分布范围小于电子。时均体积力的最大值约为9 000 Nm3。不同工况下,等离子体对桨叶上叶素的有效作用区域和作用效果是不一样的;当螺旋桨转速分别为600 rmin、1 500 rmin和3 000 rmin时,螺旋桨总拉力分别提高29.63%,9.91%和6.11%,总效率分别提高14.3%,2.6%,1.2%。

等离子体改善平流层螺旋桨气动性能仿真

提出采用介质阻挡放电等离子体提高平流层螺旋桨气动性能的新思路,通过求解三维非定常可压缩N-S方程,考虑介质阻挡放电等离子体体积力模型,仿真研究了这种方法的可行性。研究发现,所研究的螺旋桨工况,对于普通螺旋桨,随着转速的增大,拉力先增大后减小、扭矩和效率逐渐减小;采用等离子体流动控制时,螺旋桨的气动性能得到改善,拉力系数和效率随转速的增大逐渐减小。当螺旋桨前进速度不变,转速逐渐增大时,等离子体对叶素表面流动分离现象的控制效果逐渐减弱,螺旋桨拉力、效率等性能参数的改善效果逐渐减小。