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同向双螺杆强分散混合元件与拉伸元件设计及混合性能研究

作　者: 黄凤春
导　师: 马秀清
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 啮合同向双螺杆元件数值模拟混合性能
分类号: TQ315
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在聚合物加工过程中,物料之间存在两种主要的混合形式,即,分布混合和分散混合。本文根据分散混合理论和同向双螺杆啮合原理,设计了两种强分散混合元件和两种拉伸元件。本文采用计算流体力学软件(POLYFLOW)对新型螺杆元件的流场进行了模拟分析。通过对强分散混合元件的模拟分析,得到了压力场、加权平均剪切应力以及累积最大拉伸速率分布；通过对拉伸元件的模拟分析,得到了压力场和累积最大拉伸速率分布。结果表明：对于强分散混合元件来说,六头锯齿型元件混合性能最好,类捏合盘元件则是随着错列角增加,错列角从30°到90°,其混合性能逐渐减弱,错列角从90°到150°,其混合性能逐渐增强；对于拉伸元件来说,四头非啮合拉伸元件拉伸效果最好,由五个锥体组合成的锥形拉伸元件具有更强的拉伸性能。本文通过实验对强分散混合元件与拉伸元件的混合性能进行了研究,实验结果表明：锯齿型元件的混合性能优于常规螺纹元件与捏合盘元件(错列角为150°的捏合块除外),类捏合盘元件三种错列角螺杆构型的混合性能均优于捏合盘元件对应三种错列角螺杆构型的混合性能。锯齿型元件与类捏合盘元件挤出试样分散相粒径的均一性比捏合盘元件与常规螺纹元件要好；非啮合拉伸元件和锥型拉伸元件均比S型元件的混合性能优异。模拟结果与实验结果基本吻合。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章文献综述  13-23
  1.1 啮合同向双螺杆挤出机概述  13
  1.2 啮合同向双螺杆挤出机混合理论的研究现状  13-15
  1.3 新型螺杆元件的研究现状  15-20
    1.3.1 剪切元件  15-16
      1.3.1.1 捏合盘元件  15-16
    1.3.2 拉伸元件  16-19
      1.3.2.1 CRD混合元件  16-17
      1.3.2.2 S型元件  17
      1.3.2.3 波状双螺杆元件  17-18
      1.3.2.4 偏心盘元件与有拉伸槽的单头捏合盘元件  18-19
    1.3.3 其他螺杆元件  19-20
      1.3.3.1 六棱柱元件  19-20
      1.3.3.2 变间隙转子元件与非啮合多过程元件  20
  1.4 本课题研究的目的意义和研究内容  20-23
    1.4.1 课题的目的意义  20-21
    1.4.2 本课题的主要研究内容  21-23
第二章强分散混合元件的设计及参数优选  23-43
  2.1 锯齿型元件的设计思路与几何外形  23-24
  2.2 锯齿型元件的数值模拟  24-33
    2.2.1 数学模型  24-25
    2.2.2 几何模型  25-26
    2.2.3 有限元模型  26-28
      2.2.3.1 坐标系的选择  26
      2.2.3.2 单位制的选择  26-27
      2.2.3.3 网格划分  27
      2.2.3.4 边界条件  27-28
    2.2.4 模拟结果分析  28-33
      2.2.4.1 压力场  28-29
      2.2.4.2 剪切应力场  29-31
      2.2.4.3 累积最大拉伸速率分布  31-33
  2.3 类捏合盘元件的设计思路与几何外形  33-34
  2.4 类捏合盘元件的数值模拟  34-41
    2.4.1 数学模型  35
    2.4.2 几何模型  35
    2.4.3 有限元模型  35-36
    2.4.4 模拟结果分析  36-41
      2.4.4.1 压力场  36-38
      2.4.4.2 剪切应力场  38-39
      2.4.4.3 累积最大拉伸速率分布  39-41
  2.5 小结  41-43
第三章拉伸元件的设计及参数优选  43-55
  3.1 非啮合拉伸元件的设计思路与几何外形  43-44
  3.2 非啮合拉伸元件的数值模拟  44-48
    3.2.1 数学模型  44
    3.2.2 几何模型  44
    3.2.3 有限元模型  44-45
    3.2.4 模拟结果分析  45-48
      3.2.4.1 压力场  45-46
      3.2.4.2 累积最大拉伸速率分布  46-48
  3.3 锥形拉伸元件的设计思路与几何外形  48
  3.4 锥形拉伸元件的数值模拟  48-53
    3.4.1 数学模型  48-49
    3.4.2 几何模型  49
    3.4.3 有限元模型  49-50
    3.4.4 模拟结果分析  50-53
      3.4.4.1 压力场  50-51
      3.4.4.2 累积最大拉伸速率分布  51-53
  3.5 小结  53-55
第四章强分散混合元件与拉伸元件混合效果的实验研究  55-73
  4.1 实验原料及实验设备  55
    4.1.1 实验原料  55
    4.1.2 实验设备  55
  4.2 实验方案  55-59
    4.2.1 强分散混合元件混合性能实验  55-57
    4.2.2 拉伸元件混合性能实验  57-58
    4.2.3 实验步骤  58-59
  4.3 实验结果与讨论  59-71
    4.3.1 强分散混合元件  59-68
      4.3.1.1 锯齿型元件  59-63
      4.3.1.2 类捏合盘元件  63-68
    4.3.2 拉伸元件  68-71
      4.3.2.1 实验结果分析  68-69
      4.3.2.2 实验结果与模拟结果比较  69-71
  4.4 小结  71-73
第五章结论  73-75
  5.1 课题研究的主要结论  73-74
  5.2 课题的创新点及主要贡献  74
  5.3 课题有待于进一步研究的问题  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
研究成果和发表的学术论文目录  81-83
作者和导师简介  83-84
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  84-85

同向双螺杆强分散混合元件与拉伸元件设计及混合性能研究

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