微型锥形双螺杆挤出机混合性能的数值模拟

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随着聚合物工业的迅速发展,微型锥形双螺杆挤出机(MCTSE)越来越多应用于新型聚合物纳米材料的设计中,然而目前对其共混过程的理论研究还相对较少。因此,深入开展MCTSE混合性能的实验分析和基础理论研究具有重要的现实意义。MCTSE具有间歇混合和连续完全填充挤出相互切换的特点,本文主要对MCTSE在间歇混合和连续完全填充挤出条件下的混合性能进行分析研究。在连续完全填充挤出条件下,为了更准确的分析研究MCTSE的自身输送能力,设定进出口压差为零。本文首先数值模拟MCTSE挤出聚丙烯(PP)熔体的过程,得到流道内熔体的三维流场、压力场和剪切应力场等场量,考察螺杆转速和构型对MCTSE输送能力和沿着轴向平均压力分布的影响;由求解得到的速度场的时间积分获得粒子从入口到出口的运动轨迹,对其统计研究混合指数和混合效率沿着轴向变化情况,研究螺杆转速和构型对混合性能的影响,最后统计得到粒子由入口到出口的停留时间分布(RTD);本研究采用的数值模拟方法可以点对点分析MCTSE内高聚物熔体沿着轴向流动的分散、分布和轴向混合混合特征。在连续完全填充挤出条件下,为了更好的考察研究实际情况下MCTSE的混合挤出性能,设定进出口压差不为零。本文同样数值模拟MCTSE混合挤出PP熔体的过程,得到流道内的速度场和剪切应力场等场量,由求解得到的速度场的时间积分获得粒子从入口到出口的运动轨迹,对其统计研究剪切能力和混合效率沿着轴向变化情况,分析讨论喂料量、螺杆转速和构型对MCTSE混合性能的影响,最后统计得到粒子由入口到出口的RTD。在间歇混合条件下,本文同样使用有限元方法(FEM),运用网格叠加技术(MST)数值模拟MCTSE混合挤出PP熔体的过程,得到流道内熔体的速度场和剪切应力场等场量,由求解得到的速度场的时间积分获得粒子从入口到出口的运动轨迹,对其统计研究分散、分布混合以及拉伸性能随着时间变化情况,分析研究螺杆转速和构型对MCTSE混合性能的影响。
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