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同向旋转双螺杆挤出机螺旋状啮合盘元件混炼机理研究

作　者: 邱国庆
导　师: 李翱
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 同向旋转双螺杆挤出机螺旋状捏合盘元件混炼机理 NIC机筒元件混合型螺杆头正交试验设计
分类号: TQ320.66
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

螺旋状捏合盘元件是为适应同向旋转双螺杆挤出机高速高效的发展要求而出现的一种新型混炼元件,它结合了常规捏合盘元件和转子元件的特性,具有良好的混炼能力。本文根据双螺杆几何学原理和等间隙修正方法构建了螺旋状捏合盘元件的三维物理模型,应用有限元分析软件POLYFLOW对螺旋状捏合盘元件和常规捏合盘元件内物料流动及混合进行了三维动态模拟,通过粒子跟踪法对流场的动态模拟计算及其统计学后处理,采用累积混合指标(分布混合指数和分隔比例)作为衡量分布混合和分散混合的量化指标,探讨了几何参数(螺旋角、盘体厚度和错列角)对螺旋状捏合盘元件混合性能的影响趋势,得到一系列优化的结构参数,对螺旋状捏合盘元件的设计起到一定的指导作用。数值模拟分析结果表明：随着螺旋角、盘体厚度和错列角的增大,螺旋状捏合盘元件的分散和分布混合性能增强；螺旋状捏合盘元件的分散和分布混合性能均优于常规捏合盘元件。为了更好地发挥螺旋状捏合盘元件优异的分散和分布混合性能,本文引入NIC机筒元件,通过对螺旋状捏合盘元件与NIC机筒元件、常规机筒元件组合流道进行三维等温流场模拟与分析,结果表明：螺旋状捏合盘元件与NIC机筒元件组合时,选取较大的螺旋角、盘体厚度和错列角,有利于增强分散和分布混合；螺旋状捏合盘元件和NIC机筒元件相组合,流场中的剪切速率分布更为均匀,能够避免产生局部高剪切区,降低局部剪切热,从而实现低温混炼。最后本文还应用POLYFLOW软件对标准型、偏心锥形和混合型三种螺杆头元件流道内物料的流动过程进行了三维非等温数值模拟,引入流道出口截面平均温度和温度方差量化分析对比三种螺杆头元件的均温性能,得出混合型螺杆头的均温效果最佳,其次为偏心锥形螺杆头,标准型螺杆头最差；通过FEM与正交试验设计相结合的方法,分析了不同几何参数对混合型螺杆头均温效果的影响,得出最优的混合型螺杆头几何参数因素水平组合。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章概述  16-26
  1.1 同向旋转双螺杆挤出机及其螺杆元件的研究进展  16-22
    1.1.1 同向旋转双螺杆挤出机发展沿革  16-19
    1.1.2 同向旋转双螺杆挤出机新型螺杆元件的研究动向  19-22
  1.2 同向旋转双螺杆挤出过程数值模拟与分析研究进展  22-23
  1.3 本课题研究目的和意义  23-24
  1.4 本课题的主要研究内容  24-26
第二章基础理论  26-42
  2.1 啮合同向双螺杆几何学  26-35
    2.1.1 全啮合同向双螺杆的啮合原理及其曲线的形成  26-34
    2.1.2 螺纹理论曲线的修正  34-35
  2.2 混合机理  35-36
    2.2.1 混合的概念  35
    2.2.2 混合过程的要素  35-36
  2.3 停留时间分布函数  36-37
  2.4 混合累积量化指标  37-42
    2.4.1 分隔比例  38-40
    2.4.2 分布混合指数  40-42
第三章螺旋状捏合盘元件混合性能的模拟分析  42-64
  3.1 计算方法和思路  42-43
  3.2 POLYFLOW软件简介  43-45
    3.2.1 软件功能及特点介绍  43-44
    3.2.2 POLYFLOW软件分析步骤  44-45
  3.3 数理模型及有限元模型的建立  45-50
    3.3.1 数学模型  45-47
    3.3.2 物理模型  47-48
    3.3.3 有限元模型  48-50
  3.4 模拟结果分析  50-63
    3.4.1 几何参数对螺旋状捏合盘元件混合性能的影响  51-60
    3.4.2 螺旋状捏合盘元件和和常规捏合盘元件混合性能对比  60-63
  3.5 小结  63-64
第四章螺旋状捏合盘元件与NIC机筒元件组合的混合性能研究  64-74
  4.1 数理模型及有限元模型的建立  65-68
    4.1.1 数学模型  65-66
    4.1.2 物理模型  66-67
    4.1.3 有限元模型  67-68
  4.2 模拟结果分析  68-72
    4.2.1 分散混合性能  68-69
    4.2.2 分布混合性能  69-70
    4.2.3 停留时间分布  70-71
    4.2.4 最大剪切速率概率密度分布  71-72
  4.3 小结  72-74
第五章同向旋转双螺杆挤出机混合型螺杆头均温效果三维非等温研究  74-90
  5.1 正交试验设计方法  74-79
    5.1.1 正交试验设计方法的优点  75
    5.1.2 正交表  75-77
    5.1.3 正交试验设计方法的实施  77-79
  5.2 数理模型及有限元模型的建立  79-83
    5.2.1 数学模型  79-81
    5.2.2 物理模型  81-82
    5.2.3 有限元模型  82-83
  5.3 模拟结果分析  83-88
    5.3.1 标准型螺杆头  83-84
    5.3.2 偏心锥形螺杆头  84-85
    5.3.3 混合型螺杆头  85-88
  5.4 小结  88-90
第六章结论  90-92
  6.1 主要结论  90
  6.2 研究展望  90-92
参考文献  92-96
致谢  96-98
发表及已接收的论文  98-100
作者简介  100
导师简介  100-101
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  101-102

同向旋转双螺杆挤出机螺旋状啮合盘元件混炼机理研究

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