新型偏心双螺杆挤出机流域混合特性

基于非对称流场的混沌混合理论,设计了一种新型的偏心双螺杆挤出机。通过对比传统普通螺杆元件与新型偏心螺杆元件,偏心距不仅决定了螺杆的端面形状,也改变了螺槽形状,使同一导程内的2个独立的C型室螺槽形成一个ω型室螺槽。利用Polyflow软件分别对传统双螺杆挤出机与3种不同偏心距螺杆元件的新型双螺杆挤出机进行模拟仿真,分析了压力场、速度场与混合指数分布规律,计算了4种双螺杆挤出机流场的停留时间分布、分离尺度、最大剪切应力等混合表征系数。结果表明,与传统双螺杆挤出机相比,偏心双螺杆挤出机压力分布不均匀,正负压压力值增大,因此,压力差增大,使熔体回流速度增大,混合效果更佳;拉伸流区域增大,混合能力增强;熔体在流体域内的总体停留时间缩短,混合效果更佳;分离尺度数值下降较快,混合效率较高;偏心螺杆元件对流体的剪切应力增大,分散混合能力增强。     

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。     

螺杆构型对啮合异向双螺杆流场影响的仿真分析

以聚乳酸（PLA）为例，讨论异向双螺杆挤出机3种不同螺杆构型（阴阳转子螺杆头数比分别为2∶2、3∶2、4∶2）下的流道分布规律。依据理论端面曲线方程在Solidworks中创立上述3种不同螺杆构型的三维模型，使用Workbench软件对3种螺杆构型进行网格模型的建立，再使用Polyflow流体仿真软件进行模拟实际流场情况，得到后处理结果，使用后处理分析软件FieldView进行最终结果的分析；研究PLA流体的在不同螺杆构型下的压力、剪切速率以及黏度。同时使用Polystat统计模块对停留时间分布曲线RTD以及分布混合特性进行对比研究。结果表明，在螺杆转速为60r/min和阳转子螺杆头数一定的条件下，随着阴转子螺杆头数的增加，压力波动减小，剪切作用提高，停留时间增加，分布效果提高，有利于材料的输出和混合。     

供开槽进料吹膜挤出机用的独特螺杆

美国Filmaster公司新近设计了两种独特的螺杆(见附图),与开槽进料挤出机配合,用于吹膜。其中一种为通用螺杆,另一种为HMW-HDPE专用螺杆。通用螺杆(附图a)的长径比为24∶1,压缩比(开槽进料挤出机常用)为1∶1,即进料段与泵出段的槽深相同。进料段为等螺距或变螺距结构,螺槽则比光滑机筒挤出     

三螺杆挤出机常规螺纹元件挤出过程的CAE研究

利用ANSYS软件分析了三螺杆挤出机常规螺纹元件中等温非牛顿流体的压力场、速度场和粘度场，并和双螺杆挤出机常规螺纹元件进行了比较，尤其对流道中心区进行了重点研究。结果表明，三螺杆挤出机的混合性能好于双螺杆挤出机；中心区的物料压力梯度和速度梯度都较小，物料在中心区流动缓慢，中心区的物料粘度值较大；对反应时间不宜过长的聚合物，应避免使用三螺杆挤出机。     

基于拉格朗日法偏心双螺杆挤出机混合机理分析

利用有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)和拉格朗日拟序结构(LCS)，并结合混合指数和瞬时混合效率等，对比分析了偏心距为0、2、4 mm的3种偏心双螺杆挤出机流场内的混合特性。结果表明，当偏心距为4 mm时，偏心双螺杆挤出机中流体粒子的遍历范围较大，拉格朗日拟序结构较为完整；流域中存在双曲不动点，流体粒子经历了相对较好的拉伸和压缩作用。通过瞬时混合效率参数分析表明，偏心距为4 mm的偏心双螺杆挤出机的混合效率优于其他2种模型。     

挤出机螺杆计量段的优化设计

讨论了挤出机螺杆计量段的优化设计问题。应用粘性流体动力学基本方程，分析了聚合物物料在螺槽中的流动。以单位产量能耗最小为优化目标，建立简化的挤出机计量段螺杆优化设计的数学模型，应用约束随机方向法求解。结果表明，螺槽深度、螺纹棱顶宽度、螺纹棱顶与机筒间隙和螺纹升角均位于或接近于献中所建议的最佳取值范围。     

同向双螺杆挤出机变头变径变深螺杆组合及其应用

主要讨论啮合型同向双螺杆挤出机螺杆组合中变头变径变深组合理论及其应用实例。首先讨论了啮合型同向双螺杆挤出机各种螺杆元件的基本特性－－挤出特性、混合特性和扭矩菌耗特性对螺槽深度和螺纹头数的依赖性。正向螺纹元件、反向螺纹元件、捏合块元件的上述特性定量或定性分析有助于螺杆组合的理论分析,结合挤出过程各阶段对螺杆组合基本要求提出了变头变径变深螺杆组合原则。最后讨论了该螺杆组合在聚合物加工中的应用实例。     

挤出机螺杆的计算机辅助优化设计

讨论了挤出机螺杆的计算机辅助优化设计问题。以单位产量能耗最小为优化目标，建立简化的挤出机螺杆优化设计的数学模型，应用复合形法求解。结果表明，螺杆的主要几何参数螺槽深度、螺纹顶宽度和螺纹升角均位于或接近文献中所建议的最佳取值范围。     

三螺杆挤出机中剪切-拉伸交变流场对PP/PE-HD体系增韧效果的影响

利用倒三角形排列三螺杆挤出机与传统双螺杆挤出机对不同黏度比的聚丙烯/高密度聚乙烯(PP/PE-HD)体系进行混炼加工,研究了三螺杆挤出机中剪切拉伸交变流场对于高黏度比聚合物两相体系的分散混合及分布混合效果的影响;并通过高黏度比体系的混合效果证明三螺杆挤出机中剪切拉伸交变流场的作用效果及机理。结果表明,在高黏度比体系的加工中,倒三角形排列三螺杆挤出机分散与分布混合效果明显优于双螺杆挤出机,且三螺杆挤出机的增韧效果随着体系黏度比的增大而提升。     

偏心距对波状单螺杆元件混合性能的影响

设计优化了偏心距分别为0、2、3.5、5 mm的波状单螺杆元件，采用聚合物流动分析软件Polyflow对不同偏心距的波状单螺杆元件进行流场和混合性能的数值模拟。采用粒子示踪法，分析比较粒子经历的最大剪切速率、非弹性应力张量第一特征值、停留时间、混合指数、混合效率、分离尺度等表征混合性能的特征参数，同时，以体积流率表征对输送效率的影响。模拟分析结果表明，偏心距逐渐增大，螺槽深度周期性变化增大，物料受到的剪切作用、应力作用、拉伸作用等得到增强，更多粒子经历了更大的剪切速率、混合指数、停留时间等，有利于多组分物料的破碎和掺混，波状单螺杆元件的分散混合和分布混合性能均逐渐增强，同时，保证了较高的输送效率。     

螺杆挤压机混合能力的分析

分析螺槽中熔体的流动状态 ,运用加权平均总应变来评价螺杆挤压机的混合能力 ,进而提出提高混合能力的途径。对于单螺纹螺杆 ,稍长的计量段 ,稍浅的计量段螺槽及较高的螺杆转速 ,有利于混合作用 ;开发新型螺杆 ,如犁钉分流混合螺杆 ;研制高效混合型螺杆挤压机 ,如球窝型高效混合型螺杆挤压机     

啮合同向双螺杆挤出机中S型元件不同螺杆构型下的流场模拟

应用FEM模拟计算了啮合同向双螺杆挤出机新型螺杆元件——S型元件的正反向螺纹部分不同长度构型下的流场。考察了三种不同螺杆构型流场的特性，对比了流场的挤出特性、分散和分布混合能力。在相同操作条件下，三种构型具有相似的分散混合能力，不同之处主要在于分布性混合和输送能力，反向输送部分较长的构型具有良好的轴向分布混合能力、正反向输送部分等长的构型具有最好的周向分布混合，正向输送部分较长的构型具有最优异的输送能力。     

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。     

聚合物熔体二维非等温脉动流场模型

基于螺杆轴向振动,建立单螺杆挤出机计量段熔体流动模型,推导聚合物熔体二维非等温幂率本构方程,计算螺杆径向熔体温度分布和沿螺槽方向熔体速度,结果表明:在螺杆计量段,熔体沿螺杆径向分布存在一定温度差且为非线性,熔体温差的存在会对熔体流场产生影响。     

数值研究槽深对单螺杆螺筒挤出机性能的影响

通过数值模拟技术,研究了机筒内壁开螺槽的螺筒结构形成单螺杆螺筒挤出机的性能.使用POLYFLOW软件,数值模拟了硬质聚氯乙烯(PVC-R)熔体在不同螺筒槽深的单螺杆螺筒挤出机中的三维等温流场及混合过程;重点研究了螺筒深度对单螺杆螺筒挤出机的影响.研究表明:在螺筒与螺杆之间间隙不变的情况下,大的螺筒槽深更有利于单螺杆螺筒挤出机混合性能的提高.     

多螺杆挤出机的研究与应用

对三螺杆挤出机的结构、混合机理和挤出特性进行了分析,重点论述了三螺杆挤出机的研发及应用现状,并对四螺杆挤出机的研发现状进行了简要介绍,指出多螺杆挤出机发展的不足之处,对多螺杆挤出机的研究与应用具有一定的指导意义.     

三螺杆挤出机与双螺杆挤出机混合性能的比较

利用聚合物流体分析软件Polyflow,对倒三角形排列的三螺杆挤出机和等规格的双螺杆挤出机的混合性能进行了深入分析。通过计算不同角度的拟稳态流场,采用示踪粒子法对聚合物熔体在流场中的动态混合情况进行三维等温数值模拟,在此基础上对粒子轨迹进行统计后处理,并分别采用混合指数、面积伸展率和停留时间分布表征流场的分散混合能力、分布混合能力和轴向混合能力,进而比较两种挤出机的混合性能。另外,在实验条件与模拟条件相同的情况下,进行了实验验证。模拟结果表明,三螺杆挤出机各方面的混合性能均优于双螺杆挤出机。实验结果表明,实验数据与模拟结果基本一致。     

"一字"型排列三螺杆挤出机三维流场分析

利用ANSYS软件包分析了聚乙烯在“一字”型排列三螺杆挤出机常规螺纹元件中的流动情况,讨论了整个流道的速度分布、压力分布、粘度分布,并和双螺杆挤出机常规螺纹元件的挤出特性进行了比较。结果表明,三螺杆挤出机的物料输运能力、分散性混合能力以及分布性混合能力都好于双螺杆挤出机。     

多流道传递混合（MCT）螺杆挤出机的结构原理及特色

对比分流，分离型螺杆挤出机，本文简要介绍了多流道传递混合螺杆挤出机的结构，工作原理及主要性能，认为ＭＣＴ机是一种具有优良混合塑化性能，物料温升低，自洁性强的高效新型螺杆挤出机，具有广阔的开发前景。