【摘要】：偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)是一種基于體積脈動(dòng)塑化輸運(yùn)原理的聚合物新型成型裝備,其獨(dú)特的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以實(shí)現(xiàn)體積拉伸形變作用支配的塑化輸運(yùn)過程,具有較好的混合能力。鑒于其加工原理的特殊性,采用數(shù)值模擬方法對(duì)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的流場(chǎng)和混合性能進(jìn)行研究,能夠直觀展示物料的混合過程,對(duì)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的工藝優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。本文首先對(duì)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述,并利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件POLYFLOW對(duì)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)熔體輸送段的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,詳細(xì)分析其流場(chǎng)的分布特點(diǎn),通過計(jì)算偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)在不同工藝條件、結(jié)構(gòu)參數(shù)下的容積效率,探索不同因素對(duì)其熔體輸送效率的影響規(guī)律,然后在流場(chǎng)模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上運(yùn)用粒子示蹤法對(duì)混合性能進(jìn)行數(shù)值模擬,使用后處理模塊POLYSTAT統(tǒng)計(jì)各混合特性參數(shù),通過改變轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子半徑、偏心距、轉(zhuǎn)子螺距和間隙研究各因素對(duì)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)混合性能的影響,最后利用實(shí)驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的容積效率和熔體泄露程度隨轉(zhuǎn)速的增加變化不明顯,但當(dāng)轉(zhuǎn)子半徑和間隙增大時(shí),容積效率逐漸減小,泄漏程度增加,相反的,當(dāng)轉(zhuǎn)子螺距和偏心距增加時(shí),容積效率逐漸增加,熔體泄漏程度減小。通過分析示蹤粒子在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)各混合特性參數(shù)的概率分布函數(shù)、概率密度函數(shù)、百分位數(shù)變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著體積拉伸形變作用時(shí)間的增加,物料在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的混合效果越來越好。通過分析不同工藝條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)下各混合特性參數(shù)的變化趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)粒子在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的停留時(shí)間分布幾乎不受結(jié)構(gòu)參數(shù)影響,但受轉(zhuǎn)速影響較大。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí),粒子停留時(shí)間減少但流場(chǎng)強(qiáng)度增加,在轉(zhuǎn)速為45r/min時(shí)粒子經(jīng)歷的最大剪切速率和最大拉伸速率增加最快、最大時(shí)均混合效率和最大混合指數(shù)為極大值點(diǎn),此時(shí)混合效果最佳;當(dāng)增加轉(zhuǎn)子半徑和偏心距時(shí)不同百分位數(shù)下各混合特性參數(shù)逐漸增加,說明增加轉(zhuǎn)子半徑和偏心距有利于提高偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的混合性能;當(dāng)轉(zhuǎn)子螺距和間隙增加時(shí)各混合特性參數(shù)減小,表明轉(zhuǎn)子螺距和間隙過大將會(huì)削弱偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的混合性能。利用偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下混合性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與本文的數(shù)值模擬結(jié)論一致,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可靠性。
【圖文】：

螺桿式擠出機(jī)塑化輸運(yùn)過程示意圖

或者利用銷釘、設(shè)置屏障改變螺桿結(jié)構(gòu)來改善螺桿式擠出機(jī)的些嘗試取得了一定的成效，，但是僅靠改變螺桿數(shù)量和結(jié)構(gòu)無法真正解決本機(jī)理所帶來的問題[15]。聚合物新型成型裝備了解決傳統(tǒng)螺桿式擠出機(jī)傳熱傳質(zhì)效率低、混合分散效果差等問題，學(xué)剪切流變到振動(dòng)剪切流變進(jìn)而到體積拉伸流變塑化輸運(yùn)機(jī)理的積極探索批聚合物新型成型裝備，如電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)、葉片擠出機(jī)和偏心轉(zhuǎn)子南理工大學(xué)瞿金平教授發(fā)明的電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)是一種基于振動(dòng)剪切桿擠出機(jī)，通過引入外激振磁場(chǎng)，可以使螺桿在恒定轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上以不生振動(dòng)，從而使物料體積發(fā)生周期性變化，物料除了受到剪切作用之外動(dòng)產(chǎn)生的壓縮和拉伸作用[18-20]，如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679017