单螺杆挤出机喂料段螺旋沟槽衬套的流场分析

运用Solidworks三维建模软件建立喂料段沟槽衬套的实体模型。利用ANSYS/FLUENT进行有限元流场分析,针对单螺杆挤出机制备再生胶时喂料段螺旋沟槽衬套的沟槽深度,沟槽宽度,沟槽个数对胶料固体输送速率的影响进行了分析。本文还对挤出机喂料段沟螺旋槽衬套的沟槽深度,沟槽宽度及沟槽个数等参数进行了优化。其研究结果对单螺杆挤出机制备再生胶时喂料段沟槽衬套的设计及参数选取有一定的指导意义。

制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段流场分析及结构参数优化

利用有限元分析软件Fluent分析制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段螺槽深度(H)、螺杆导程(S)和螺棱宽度(e)对物料输送效率的影响。通过正交试验和单因素试验,优化设计出单螺杆挤出机喂料段的H为27 mm,S为170 mm,e为9.0 mm,优化设计后的单螺杆挤出机喂料段物料流动速度加快,输送效率提高。该研究结果可以用来指导制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段设计。

非对称差速三螺杆挤出机混合机理分析

设计了非对称差速三螺杆挤出机端面造型,并且,对比其与常规三螺杆、非对称双螺杆挤出机内流体混合行为。对流场中速度矢量场和压力场进行分析,同时,比较分布混合性能中停留时间、分离尺度和混合效率,分散混合性能中最大剪切应力、对数拉伸率和混合指数。结果表明,与常规三螺杆相比,非对称差速三螺杆能有效地避免常规三螺杆中心区回流较大的问题,正向输送能力更强,并且,啮合区两侧压差更大,有利于物料压延。流域内粒子停留时间分布区间集中,分离尺度显著降低,有利于物料分布混合。同时,能提供较强的拉伸作用,使流域内粒子受到更好的拉伸和折叠,从而使其具有较好的混沌混合能力,有利于物料分散混合。

专利2则

由惠州市百兆科技有限公司申请的专利(公布号CN 114231033A,公布日期2022-03-25)“一种表面具有改性亲水结构的医用硅橡胶及制备与应用”,涉及的医用硅橡胶材料配方为:硅橡胶100,聚二甲基硅氧烷10,2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷0.3~0.8,活性炭/硝酸银溶液/壳聚糖/乙酸水溶液适量。该硅橡胶材料富含银离子,可有效阻止细菌的滋生,抑菌效果良好,同时抗撕裂性能较好,有效解决了现有硅橡胶材料抗撕裂性能较差且没有良好抑菌性能的问题。

带有扰动副螺棱的单螺杆挤出机内混沌混合

提出一种采用副螺棱轴向往复运动来提高单螺杆挤出机混合的结构,探讨不同扰动幅度对螺槽内混合的影响。建立扰动副螺棱作用下三维周期性物理模型和相应的数学模型,对挤出机内牛顿流体三维周期性流动和混合过程进行计算。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方法实现流体运动前锋追踪计算,对比Poincaré截面,得到示踪剂空间构型演变及界面增长。结果表明,副螺棱往复运动将导致螺槽内部的混沌混合区域围绕内部KAM管,并被外部准周期运动区域包围。处于混沌区域的流体界面呈现指数增长规律,而处于准周期运动的区域界面随时间仍然保持线性增长。副螺棱扰动幅度越大,内部准周期混合区域越小,混沌场覆盖的尺度越大。

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。

单螺杆挤出机挤出理论研究进展

回顾了单螺杆挤出机挤出理论的发展历史,并从固体输送、熔融、熔体输送和混合四个方面详细介绍了近10年来单螺杆挤出机挤出理论的最新研究进展。总结了目前在单螺杆挤出领域所普遍存在的能耗高、产量低、混炼差等缺陷,分析了缺陷产生的原因,并针对以上缺陷相应地从如何实现高效输送、高效熔融和提高混炼性能三个方面展望了单螺杆挤出机未来的研究发展方向。

单螺杆挤出机的混合及应用

本文分析了单螺杆挤出机的分散和分布混合能力 ,得出了单螺杆挤出机的适用混合类型。对比了Maddock、Pineapple、Twente以及CTM混合元件的性能。加装混合元件以后 ,单螺杆挤出机的分布混合效果得到很大提高 ;但在分散混合上 ,除颜料与聚烯烃外 ,效果尚不理想。

螺棱梯形底角和凹槽半径对反应挤出机流场的影响

利用Polyflow计算机软件,在相同温度的条件下,通过最大剪切速率、最大剪切应力、最大混合指数和累计停留时间这4个指标,研究螺杆螺棱截面形状为梯形时其梯形底角角度和凹槽半径两个变量对聚乙烯在单螺杆反应挤出机中流场的影响。结果表明,当螺杆螺棱截面梯形底角角度为60°时,螺杆提供的最大剪切速率、最大剪切应力、最大混合指数均较底角为30°和45°的高,粒子累积停留时间则居中;在底角为60°的梯形螺棱上开半径为1.5 mm的半圆凹槽时,该结构所提供的最大剪切速率、最大剪切应力和最大混合指数均较不开槽(凹槽半径0 mm)和凹槽半径为2 mm的高,粒子累积停留时间相对最短。当螺杆螺棱截面梯形底角角度为60°且凹槽半径为1.5 mm时,可使物料获得的剪切效果最好且使其在流道中的停留时间最短,从而为大规模生产加工节约了时间。

微型锥形双螺杆挤出机的循环混合特性

利用基于三维有限元的计算流体力学(CFD)方法数值模拟了微型锥形双螺杆挤出机(MCTSE)中聚丙烯熔体的循环挤出混合过程,得到流场中物料的剪切应力和速度等分布场量。通过计算放置流场中的示踪粒子的运动轨迹,对粒子运动路径上的剪切应力、混合指数、拉伸长度、分离尺度以及混合效率等进行统计分析,定量表征了MCTSE循环挤出过程的分散和分布混合特性,并进一步考察了加工条件和螺杆构型对混合性能的影响规律。结果表明,聚丙烯熔体循环挤出混合由拉伸流和剪切流共同作用,MCTSE具有较好的混合效果;增大螺杆转速或减小螺距均有利于提高MCTSE的分散混合和分布混合性能,但不利于提高MCTSE的混合效率;分析表征混合性能的不同参数可知,相对于改变MCTSE的螺杆构型,选取合适的加工条件更为重要。

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。

啮合同向双螺杆挤出机中组合螺杆性能的数值研究(Ⅱ)混合特性分析

采用有限元软件POLYFLOW,对组合式啮合同向双螺杆挤出机ZSK60中不同构型的组合螺杆进行了混合分析。通过计算螺杆转过不同角度时的拟稳态流场,采用粒子示踪分析(PTA)方法,对组合螺杆中聚合物熔体的动态混合过程进行了可视化模拟;在此基础上通过对大量粒子运动轨迹的统计处理,分别采用停留时间分布、分布混合指数、分离尺度等累积混合指数表征了组合螺杆的轴向混合性能、分布混合性能以及分散混合性能。此外还研究了不同工艺条件下组合螺杆的混合特性。并将部分数值模拟结果与前人实验研究进行了对比。

三螺杆挤出机端面二维流场混沌混合拉格朗日拟序结构分析

三螺杆挤出机是一种新型的聚合物流体加工设备,其独有的中心区呈现出几何结构和受力状态的周期性变化,混合机理非常复杂。区别于传统的线性混合分析,从拉格朗日体系的新视角对三螺杆挤出机混沌混合进行拉格朗日拟序结构分析,利用有限时间Lyapunov指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS),结合Poincaré截面和粒子可视化技术研究三螺杆挤出机二维流场的流体输运和混沌混合机理,讨论了中心区动态结构特性对FTLE和LCS分布的影响,并与单螺杆挤出机和双螺杆挤出机进行了对比分析。结果表明,LCS将三螺杆挤出机流域划分为近螺杆区、远螺杆区和中心区3个具有不同运动特性的区域,扭结是连接近螺杆区、远螺杆区和中心区物质交换的桥梁。随着混合时间的增加,扭结的弯曲和折叠程度逐渐增大,增强了3个区域的物质交换,强化了三螺杆流场的混沌混合。三螺杆挤出机啮合区附近存在3个双曲固定点,混合能力较好。Poincaré截面中椭圆周期点的出现说明在流域中心有非混沌区存在,因此三螺杆挤出机的中心区混合能力相对较弱。

螺杆组合对三螺杆挤出机混合性能的影响

使用聚合物流体分析软件Polyflow对倒三角三螺杆挤出机的5种螺杆组合进行了三维等温数值模拟。使用Fieldview软件统计结果。通过构建不同螺杆组合的等温稳态流场,并采用混合指数、回流量和平均停留时间评价分散、分布和轴向混合性能。辅以压力分布,剪切速率和拉伸速率等评价指标,为螺杆组合优化提供依据。最终达到根据物料所需的加工条件选择螺杆元件的组合方式,获得所期望产品的目的。

啮合同向双螺杆挤出机单/双头螺纹元件熔体输送与混合特性的研究

采用数值模拟和实验的方法,对啮合同向双螺杆挤出机中单/双头螺纹元件的熔体输送与混合特性进行对比。结果表明,在计量输送段放置一段单头螺纹元件时,回流量小,正向输送能力强;螺杆所受扭矩小,消耗能量少;挤出物料的耐冲击性能较高。

单螺杆挤出机中熔体混合理论的研究

综述采用不同的函数对单螺杆挤出机中熔体混合过程进行描述的研究情况和新的混沌混合的研究进展,以及近几年来利用可视化和可视化技术对聚合物材料在挤出过程中的行为所作的观测和分析研究。指出在新型电磁动态塑化挤出机中,引入挤出加工全过程的振动力场,对熔体的混合起到了较好的促进作用。

单螺杆螺筒挤出机螺筒结构的正交优化

考虑螺筒槽深、槽宽、导程和槽数四个因素,根据经验确定相应的因素水平,通过数值模拟和正交分析方法分析得出这四个因素对单螺杆螺筒挤出性能的影响,获得了最优的螺筒结构。结果表明,螺筒槽深为0.6 mm,槽宽为4.5 mm,导程为20 mm,槽数为3时,单螺杆螺筒挤出机的挤出输送和混合性能最好。

基于混炼等效的双螺杆挤出机扩能改造方法的研究

基于混炼能量等效原理对双螺杆挤出机扩能改造方法进行研究,利用有限元分析方法,借助平均解聚功、面积拉伸对数和修正的Lyapunov指数等参量评价混炼流场的混合特性。结果表明,当挤出机产量提高15%时,通过在混炼段末端增加两个捏合盘可以使最终混炼效果与产量提高前等效。

间断副螺棱结构对挤出机内混沌混合影响的数值模拟

建立了混沌单螺杆挤出机计量段展开螺槽的物理模型及数学模型,根据流体符合Carreau定律,借助Ployflow软件,采用网格叠加技术,对聚合物熔体在插有间断结构副螺棱螺槽内的流动进行了数值模拟分析,从统计学的角度结合粒子示踪技术以停留时间分布、分离尺度、混合效率及累计混合指数为指标来表征螺杆的混合性能。结果表明,当副螺棱间断次数多且高度略低于螺槽高时混沌单螺杆混合性能更好。

带有反向捏合块的双螺杆挤出机三维流场分析

运用ANSYS/CFX对具有反向捏合块元件的啮合同向双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,并和具有普通双螺杆元件挤出机进行对比分析。结果表明:由于反向啮合块的存在使得双螺杆元件的分布混合性能以及分散混合性能大幅度提高。研究结果可为双螺杆挤出机加工提供参考。