双锥型螺杆挤出机固体输送离散元分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.013

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (4): 83-88.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.013

双锥型螺杆挤出机固体输送离散元分析

王颢霖(), 朱向哲()

辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2021-02-27 出版日期:2022-04-26 发布日期:2022-04-24
通讯作者: 朱向哲（1974-），男，博士，教授，博士生导师，从事高效节能石化设备的研究，xzzhu@126.com
E-mail:wanghaolin2432@163.com;xzzhu@126.com
作者简介:王颢霖（1993-），男，硕士研究生，从事高效节能石化设备的研究，wanghaolin2432@163.com

Discrete element analysis of solid conveying section of double⁃cone screw extruder

WANG Haolin(), ZHU Xiangzhe()

School of Mechanical Engineering，Liaoning University of Petroleum and Chemical Technology，Fushun 113001，China

Received:2021-02-27 Online:2022-04-26 Published:2022-04-24
Contact: ZHU Xiangzhe E-mail:wanghaolin2432@163.com;xzzhu@126.com

摘要/Abstract

摘要：

利用EDEM软件对一种普通锥形和两种双锥型螺杆挤出机固体输送段进行模拟。分析了高密度聚乙烯（PE?HD）颗粒在锥形双螺杆挤出机内的运动状态和分布规律。对比分析了3种锥形螺杆挤出的质量流速率、填充率、平均速度、平均压力、平均剪切应力和力矩等参数，给出了普通型和双锥型螺杆挤出机固体输送机理以及主要影响因素。结果表明，相比于普通锥形双螺杆挤出机，双锥型螺杆挤出机颗粒具有相对较小的轴向速度变化、较强的建压能力和较高的体积填充，适用于剪敏性材料的加工。

关键词: 锥形双螺杆, EDEM软件, 固体输送, 输送效率

Abstract:

The solid conveying section of a common cone and two double cone screw extruders was simulated using the EDEM software. The motion state and distribution law of PE?HD particles in a conical twin?screw extruder were analyzed. The parameters of mass flow rate， filling rate， average speed， average pressure， average shear stress and torque of three conical screw extruders were investigated comparatively， and the solid conveying mechanism of ordinary and double conical screw extruders and the corresponding influence factors were discussed. The results indicated that compared to the ordinary conical twin?screw extruder， the twin?conical screw extruder exhibited relatively smaller axial velocity changes， stronger pressure building capacity， and higher volume filling. This is suitable for the processing of shearing?sensitive materials.

Key words: conical twin screw, EDEM software, solid conveying, conveying efficiency

中图分类号:

TQ320.66⁺3

王颢霖, 朱向哲. 双锥型螺杆挤出机固体输送离散元分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 83-88.

WANG Haolin, ZHU Xiangzhe. Discrete element analysis of solid conveying section of double⁃cone screw extruder[J]. China Plastics, 2022, 36(4): 83-88.

图/表 13

图1 颗粒接触模型及阻尼模型

Fig.1 Particle contact model and damping model

挤出机型号	小端直径/mm	大端直径/mm	小端槽深/mm	大端槽深/mm	螺棱宽度/mm	螺杆导程/mm	计算域长度/mm	槽深与直径比
SZ30⁃50	30	50	6	6	10	30	150	—
SZ30⁃60	30	60	6	12	10	30	150	0.20
SZ25⁃50	25	50	6	12	10	30	150	0.24

表1 螺杆结构参数

Tab.1 Screw structure parameters

图2 螺杆和机筒的几何模型

Fig.2 Geometric model of screw and barrel

图3 不同时刻挤出机内的颗粒运动状态

Fig.3 The movement state of the particles in the extruder at different time

图4 示踪粒子示意图

Fig.4 Schematic diagram of tracer particles

图5 3种挤出机轴向长度30~150 mm区间内颗粒速度云图

Fig.5 Cloud diagram of particle velocity in the range of 30~150 mm in axial length of three extruders

图6 平均速度随轴向距离变化的曲线

Fig.6 Curves of average speed versus axial distance

轴向距离/m	平均速度/m•s^-1
轴向距离/m	SZ30⁃50	SZ30⁃60	SZ25⁃50
0.3	0.048	0.055	0.026
0.5	0.046	0.041	0.022
0.7	0.064	0.069	0.035
0.9	0.036	0.044	0.018
1.1	0.047	0.054	0.026
1.3	0.045	0.067	0.018
1.5	0.040	0.049	0.014

表2 颗粒平均速度随轴向距离变化数值

Tab.2 The average particle velocity varies with the axial distance

图7 平均压力随轴向距离变化的曲线

Fig.7 Curves of average pressure versus axial distance

图8 平均剪切应力随轴向距离变化的曲线

Fig.8 Average shear stress change curves with axial distance

图9 质量流速率变化的曲线

Fig.9 Mass flow rate change curves

图10 体积填充率随时间变化的曲线

Fig.10 Volume filling rate change curves with time

图11 力矩随时间变化的曲线

Fig.11 Torque curves with time

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双锥型螺杆挤出机固体输送离散元分析

Discrete element analysis of solid conveying section of double⁃cone screw extruder

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