论文摘要
啮合异向双螺杆挤出机具有物料强制输送、物料停留时间窄、自洁性好、物料受剪切作用小等特点，由于人们对其混合理论的研究的欠缺，使其在物料混合方面的应用受到限制。因此，为提高异向双螺杆挤出机的混合能力可以引入新型混合元件，以让异向双螺杆挤出机得到更广泛的应用。本文第一部分是在熔体输送段的机筒上引入销钉，通过对常规螺纹元件和在机筒上引入不同个数、不同排数和不同间距的销钉后的元件流道进行三维等温流场的模拟与分析。通过粒子示踪法对流场的动态模拟计算及其统计学后处理，得到了停留时间分布和最大剪切速率分布等与混合元件混合能力有关的统计学结果。结果表明：在机筒上引入销钉后的元件比常规螺纹元件有更好的分布和分散混合能力。第二部分则是在熔体输送段引入VCR元件，通过对常规双头螺纹元件、三头元件和VCR元件流道进行三维等温流场的模拟与分析。通过对流场流动状态的模拟计算，得到了与分散混合及输送能力相关的剪切速率场和压力场；通过粒子示踪法对流场的动态模拟计算及其统计学后处理，得到了停留时间分布和最大剪切速率分布等与混合元件混合能力有关的统计学结果。模拟结果表明：常规双头螺纹元件分散混合能力最强，常规三头螺纹元件次之，VCR元件最弱；而VCR元件分布混合能力最强，常规三头螺纹元件次之，常规双头螺纹元件最弱。通过对第二部分的实验研究表明：实验所得混合元件的分布和分散混合能力对比关系与模拟结果基本一致，说明本文所用的数值模拟分析方法可以用于新型混合元件的设计与分析。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 概述1.2 文献综述1.2.1 混合的基本概念1.2.2 异向双螺杆挤出机1.2.2.1 异向双螺杆挤出机的分类1.2.2.2 异向双螺杆挤出机的混合特点1.2.3 异向双螺杆挤出机的新型元件及其混合机理1.2.3.1 销钉1.2.3.2 转子元件1.2.4 计算机流场数值模拟和分析1.2.5 本课题研究的目的、意义及主要内容1.2.5.1 论文选题的目的和意义1.2.5.2 本课题的主要研究内容第二章 螺杆几何学及流场分析方法2.1 常规啮合异向双螺杆几何学2.1.1 啮合异向双螺杆的旋转方向和基本尺寸之间的关系2.1.2 啮合异向双螺杆端面曲线的形成及其数学模型2.1.3 啮合过程中的四个间隙2.2 流场分析方法2.2.1 计算方法及思路2.2.2 Polyflow软件简介2.2.2.1 软件功能及特点介绍2.2.2.2 运用软件进行分析的主要步骤2.2.2.3 Polyflow软件学习及使用中的一些经验2.2.3 数理模型的建立2.2.3.1 有限元网格的划分2.2.3.2 数学模型2.2.3.2.1 基本假设2.2.3.2.2 数学方程2.2.4 边界条件的确定2.2.4.1 机筒壁及螺杆表面的边界条件2.2.4.2 流场进出口截面的边界条件2.2.5 混合元件流场的流动状态分析2.2.5.1 粘度、剪切速率和压力云图的比较2.2.5.2 轴向截面平均剪切速率和平均压力的比较2.2.6 流场动态模拟结果的统计学后处理2.2.6.1 停留时间分布2.2.6.2 累积最大剪切速率分布及其概率密度分布2.2.6.3 固定百分比质点经受的剪切随时间的变化2.3 小结第三章 啮合异向双螺杆销钉机筒流道的三维流场模拟和混合性能分析3.1 数理模型、有限元模型及边界条件3.1.1 物理模型3.1.2 数学模型3.1.3 有限元模型及边界条件3.2 流场状态分析3.2.1 压力场3.2.2 粘度场3.3 混合过程后处理分析3.3.1 销钉个数对带销钉的啮合异向双螺杆挤出机的影响3.3.2 销钉排数对带销钉的啮合异向双螺杆挤出机的影响3.3.3 销钉间距对带销钉的啮合异向双螺杆挤出机的影响3.4 小结第四章 啮合异向双螺杆VCR元件三维流场模拟和混合性能分析4.1 数理模型、有限元模型及边界条件4.1.1 物理模型4.1.2 数学模型4.1.3 有限元模型及边界条件4.2 流场状态分析4.2.1 常规双头异向螺纹元件4.2.2 常规三头异向螺纹元件4.2.3 VCR元件4.2.4 轴向截面平均剪切速率和压力值的比较4.3 混合过程分析4.3.1 停留时间分布4.3.2 最大剪切速率分布4.3.3 固定百分比质点经受的剪切速率作用随时间的变化4.4 小结第五章 实验研究5.1 实验设备5.2 加料量标定5.2.1 实验目的5.2.2 实验设备5.2.3 实验物料5.2.4 实验结果及分析5.3 不同构型螺杆制备PP阻燃电缆预混料的实验5.3.1 实验目的5.3.2 实验设备5.3.3 实验物料5.3.4 螺杆构型及操作条件5.3.5 实验结果及讨论5.4 小结第六章 结论参考文献致谢研究成果及发表的学术论文作者简介硕士研究生学位论文答辩委员会决议书
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