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收稿日期:2013 -06 -15.
基金项目:国家 863 计划项目( No:2012AA040306).
作者简介:庄园园(1988 - ) ,女,北京化工大学在读研究生, 主要从事聚合物混炼机理和数值计算模拟方面研究.
通讯作者:zhuangyy_sun@163.com.
串 联 式 磨 盘 螺 杆 挤 出 机 混 合 过 程 的 研 究
庄园园
倡
,李 翱 ,毕 超 ,梁家源
( 北京化工大学 机电工程学院,北京 100029)
摘 要:采用网格重叠技术(MST)生成串联式磨盘螺杆挤出机混炼段的有限元网格,对物料
在混炼段流场中的动态混合过程进行了模拟,研究了物料粒子的运动轨迹和混合过程;采用流体
动力学分析软件 POLYFLOW 模拟混炼过程,选取停留时间和最大剪切应力作为量化指标,分析
和评价了该挤出机混炼段的物料混合性能.研究发现物料在串联式磨盘螺杆挤出机混炼段的停
留时间较长,分布范围较广,有利于物料的分散混合和分布混合,得到性能稳定的产品.
关键词:串联式磨盘螺杆挤出机;混合性能;停留时间;最大剪切应力
中图分类号:TQ320.663 文献标志码:A 文章编号:1673 -0569(2013)03 -0407 -05
0 引言
串联式磨盘螺杆挤出机是北京化工大学自主设计研发的一种新型、高效混炼设备,它将单螺杆挤出机
和盘式挤出机合理组合在一起,获得了优良混炼效果
〔1〕
.该挤出机磨盘有菊形、扇形和臼目形三种结构,
根据需要选取不同磨盘结构、改变磨盘几何参数或调整动、定磨盘间隙,可加工不同材料,从而扩大了串联
式磨盘螺杆挤出机的应用领域
〔2〕
.
串联式磨盘螺杆挤出机的核心部件是磨盘,物料在动、定磨盘之间受到强烈的剪切、压缩和置换作用,
使混炼效果大大提高
〔3〕
.目前,对串联式磨盘螺杆挤出机混炼性能的研究主要集中于物料混炼过程的瞬
态流场状态的分析,很少涉及物料在流动过程中的变形和受力情况.此外,仅利用某一位置物料瞬时流场
状态来评价串联式磨盘螺杆挤出机的混炼效果存在很大局限性
〔4 -5〕
.为了更好地研究串联式磨盘螺杆挤
出机中物料的混炼过程,本文在物料混炼瞬态流场分析基础上,对物料在混炼段的动态混合情况进行模
拟,使用粒子示踪法观察聚合物熔体在串联式磨盘挤出机混炼段内的动态混合过程,通过研究物料在混炼
段的停留时间和所受到的最大剪切应力,对该挤出机混炼段的物料混合性能进行较为客观的分析和评价.
1 物理模型
本文采用网格重叠技术(MST)生成串联式磨盘螺杆挤出机混炼段的有限元网格,由于动、定盘上开有
凹槽,结构比较复杂,选用四面体网格;而流道结构规则,选用六面体网格.为了提高计算精度,细化网格,
本文选取动、定盘的一半作为模拟对象,图 1 为定盘、流道和动盘的有限元网格.
2 数学模型
第 34 卷 第 4 期
2013 年 12 月
渤海大学学报(自然科学版)
Journal of Bohai University(Natural Science Edition)
Vol.34,No.4
Dec.2013