雙螺桿擠出機(jī)機(jī)筒結(jié)構(gòu)分析及機(jī)筒內(nèi)聚合物流動與傳熱研究.pdf

1、雙螺桿擠出機(jī)是化工行業(yè)重要的機(jī)電一體化先進(jìn)裝備，主要用于塑料化工原料的改性和造粒生產(chǎn)。大型造粒機(jī)組一直依靠進(jìn)口，所以迫切需要開發(fā)和生產(chǎn)出大型造粒機(jī)組，實現(xiàn)設(shè)備的基本國產(chǎn)化，并且保證品質(zhì)。
　　 本文主要針對大造粒機(jī)組中重要組成部分雙螺桿擠出機(jī)筒的結(jié)構(gòu)以及機(jī)筒內(nèi)聚合物流動與傳熱過程進(jìn)行了數(shù)值仿真及分析。進(jìn)行的工作主要分為三個部分：
　　 (1)為了獲得熱力耦合作用下雙通道機(jī)筒的應(yīng)力、變形和溫度分布，建立了雙螺桿擠出機(jī)軸向加

2、熱雙通道機(jī)筒的有限元模型，分別對試壓工況、正常工況和極限工況以及極限冷態(tài)工況條件下，雙通道機(jī)筒的溫度分布、應(yīng)力分布和變形進(jìn)行了有限元分析。四種工況的熱力耦合載荷作用下的有限元分析結(jié)果表明，軸向加熱雙通道機(jī)筒的設(shè)計合理，能夠滿足強(qiáng)度和加熱需要。
　　 (2)建立了雙螺桿擠出機(jī)筒內(nèi)一個螺距內(nèi)聚合物流動與傳熱的模型，獲得了聚合物的溫度分布、速度分布、壓力分布以及溫度隨時間變化曲線。數(shù)值結(jié)果表面，聚合物的流動既有軸向的流動，也有周向的轉(zhuǎn)

3、動。聚合物的壓力沿著擠出方向增大。聚合物的平均溫度隨時間的增加而升高。
　　 (3)建立雙螺桿擠出機(jī)預(yù)熱啟動時包括機(jī)筒、高聚合物和螺桿在內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，用于預(yù)測擠出機(jī)的溫度變化和分布，以及螺槽中的高聚合物融化情況。數(shù)值結(jié)果表明，受加熱通道分布的影響，總體上機(jī)筒中部的溫度和靠近加熱通道的高聚合物溫度較高，高聚合物融化越快?！?”字孔內(nèi)表面、高聚合物和螺桿的平均溫度隨預(yù)熱時間的增加而升高，“8”字孔內(nèi)表面的溫度在預(yù)熱初期上升最快

4、，在預(yù)熱末期最先達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而螺桿的溫度變化趨勢與“8”字孔內(nèi)表面溫度變化趨勢相反。與溫度變化相協(xié)同，高聚合物在機(jī)筒內(nèi)的融化速率隨預(yù)熱時間逐漸減小。在導(dǎo)熱油流量減小一半時，聚合物融化所需的時間大大增加。
　　 對機(jī)筒進(jìn)行的有限元分析，不僅對機(jī)筒結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行了校核，也對加熱通道的優(yōu)化設(shè)計有所幫助。機(jī)筒內(nèi)聚合物的流動與傳熱的研究對工況的選擇，聚合物加工質(zhì)量的保證有一定幫助。對機(jī)筒預(yù)熱時間的數(shù)值模擬對機(jī)筒加熱通道的設(shè)計和優(yōu)化，以及準(zhǔn)確