密煉機(jī)混煉過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬研究.pdf

1、在高分子材料加工的混煉設(shè)備中，密煉機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的間歇式混煉設(shè)備。密煉機(jī)轉(zhuǎn)子作為密煉機(jī)的核心部件，一直是人們研究的重點(diǎn)。隨著汽車工業(yè)及其它各行業(yè)的快速發(fā)展，尤其在節(jié)能和效率方面更高標(biāo)準(zhǔn)的提出，對(duì)密煉機(jī)的性能也提出了更高的要求。由于密煉機(jī)混煉過(guò)程十分復(fù)雜，過(guò)去人們開發(fā)一種新型轉(zhuǎn)子或密煉機(jī)的某個(gè)部件或進(jìn)行配方設(shè)計(jì)或改進(jìn)加工工藝，需花費(fèi)大量的人力和物力，才能得出結(jié)論?，F(xiàn)在人們利用三維軟件可設(shè)計(jì)新型轉(zhuǎn)子或者新研發(fā)的密煉機(jī)，然后利用有限面分析軟

2、件，可在計(jì)算機(jī)上模擬各種不同條件的混煉過(guò)程，指導(dǎo)新型轉(zhuǎn)子的研發(fā)乃至整臺(tái)密煉機(jī)的設(shè)計(jì)，從而縮短了新產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間。
　　 本文以密煉機(jī)的工作原理為基礎(chǔ)，運(yùn)用專業(yè)流體軟件動(dòng)態(tài)模擬了密煉機(jī)不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型的流場(chǎng)，分析流場(chǎng)各個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律以及對(duì)膠料分散混合的影響。首先從黏性流體角度出發(fā)，運(yùn)用專業(yè)黏彈性流體軟件對(duì)其不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型的膠料的三維等溫非牛頓流場(chǎng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)各個(gè)參數(shù)的分析與研究，得出了各個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。再在流場(chǎng)模擬

3、結(jié)果的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了混合任務(wù)的模擬，并運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)流場(chǎng)的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表征了膠料的混合分散情況。根據(jù)模擬分析結(jié)果，得出了不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型流場(chǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)，來(lái)為設(shè)計(jì)效率更高的密煉機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)型提供理論依據(jù)。
　　 通過(guò)對(duì)四棱異步、四棱同步、嚙合轉(zhuǎn)子以及八棱同步各個(gè)流場(chǎng)參數(shù)的分析對(duì)比，得到以下結(jié)論：
　　 1.轉(zhuǎn)子混煉過(guò)程的流場(chǎng)中，轉(zhuǎn)子螺棱的推進(jìn)面有一個(gè)高壓區(qū)域，而螺棱的背面有一個(gè)低壓區(qū)域。同步轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的壓力差最大，異步轉(zhuǎn)子

4、次之，嚙合轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的壓力差最小。
　　 2.膠料的軸向運(yùn)動(dòng)可以促使不同截面的膠料進(jìn)行混合，這有利于膠料的分布混煉，其中四棱同步轉(zhuǎn)子和嚙合轉(zhuǎn)子流場(chǎng)的膠料軸向流動(dòng)流速最快；八棱同步轉(zhuǎn)子次之；而異步轉(zhuǎn)子流場(chǎng)最差。并且這種軸向流動(dòng)使膠料在轉(zhuǎn)子兩端具有規(guī)律的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，四棱同步轉(zhuǎn)子的軸向流動(dòng)周期為1s，嚙合轉(zhuǎn)子的軸向流動(dòng)周期為1s，八棱同步轉(zhuǎn)子的軸向流動(dòng)周期為0.5s，異步轉(zhuǎn)子的軸向流動(dòng)比較混亂。
　　 3.每一種轉(zhuǎn)子構(gòu)型流場(chǎng)的剪切

5、速率概率函數(shù)隨時(shí)間變化不大，也就是說(shuō)每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，加入到密煉室內(nèi)的具有同剪切速率范圍的粒子比例大致相同；而最大剪切速率的概率是時(shí)間的方程，也就是隨著時(shí)間的增加，達(dá)到最大剪切速率的粒子在不斷增加，說(shuō)明隨著混合的進(jìn)行，更多粒子經(jīng)歷了更高的剪切速率。而膠料受到的總剪切速率隨著時(shí)間的變化而變化，不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型流場(chǎng)的總剪切速率不同，其中八棱同步和四棱同步轉(zhuǎn)子流場(chǎng)的總剪切速率最高，嚙合最小，說(shuō)明同步轉(zhuǎn)子的剪切作用比其他轉(zhuǎn)子構(gòu)型要強(qiáng)，對(duì)物料的粉碎作用也

6、較強(qiáng)，即對(duì)分散混煉有利。
　　 4.不同的轉(zhuǎn)子構(gòu)型以及不同的轉(zhuǎn)速形成密煉機(jī)流場(chǎng)中剪切流動(dòng)和拉伸流動(dòng)所占比例不同，正是這種比例不同造成其混合指數(shù)也不同。從混合指數(shù)概率函數(shù)曲線可以得出，剪切型轉(zhuǎn)子流場(chǎng)中的每一時(shí)刻，處于弱剪切流場(chǎng)的粒子普遍小于40％，處于拉伸流動(dòng)的粒子大約5％；而嚙合型轉(zhuǎn)子流場(chǎng)中的每一時(shí)刻，處于弱剪切流場(chǎng)的粒子普遍大于40％，而處于拉伸流動(dòng)的粒子相對(duì)較多。并由最大混合指數(shù)概率函數(shù)曲線得出，八棱同步轉(zhuǎn)子流場(chǎng)的混合指數(shù)普