波状双螺杆元件混炼性能的数值模拟

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.015

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (4): 95-101.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.015

波状双螺杆元件混炼性能的数值模拟

班董董¹, 王丹华², 刘奎³, 李亚楠⁴, 李涵¹, 戴亚辉¹()

^1.河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作 454000
^2.焦作市制动器有限公司，河南焦作 454950
^3.焦作市质量技术监督检验测试中心，河南焦作 454003
^4.多氟多化工股份有限公司，河南焦作 454006

收稿日期:2021-10-25 出版日期:2022-04-26 发布日期:2022-04-24
通讯作者: 戴亚辉（1962-），男，副教授，主要从事聚合物基共混体系的高性能化、功能化研究，daiyahuixp@hpu.edu.cn
E-mail:daiyahuixp@hpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(51574113)

Numerical simulation on mixing properties of wavy twin⁃screw elements

BAN Dongdong¹, WANG Danhua², LIU Kui³, LI Yanan⁴, LI Han¹, DAI Yahui¹()

^1.School of Material Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China
^2.Jiaozuo Brake Co，Ltd，Jiaozuo 454950，China
^3.Jiaozuo Quality and Technical Supervision Inspection and Testing Center，Jiaozuo 454003，China
^4.Do?Fluoride Chemicals Co，Ltd，Jiaozuo 454006，China

Received:2021-10-25 Online:2022-04-26 Published:2022-04-24
Contact: DAI Yahui E-mail:daiyahuixp@hpu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

借助聚合物流动分析软件Polyflow对半啮合同向/异向波状双螺杆元件和全啮合同向/异向常规双螺杆元件进行流场和混合性能的数值模拟，分析比较两者的剪切速率、混合指数、非弹性应力张量第一特征值、停留时间、时均混合效率、分离尺度等表征混合性能的特征参数，模拟分析结果表明，波状双螺杆元件具有更加优异的混炼性能。

关键词: 波状双螺杆元件, 数值模拟, 混炼性能

Abstract:

A numerical simulation was conducted on the flow field and mixing properties of half intermeshing co?rotating/counter?rotating wavy twin?screw elements and intermeshing co?rotating/counter?rotating routine twin?screw elements using the Polyflow^? CFD software. The mixing performance of the two elements was investigated comparatively using the shear rate， mixing index， first characteristic value of inelastic stress tensor， residence time， time?averaged mixing efficiency， segregation scale， and other characteristic parameters. The simulation results indicated that the wavy twin?screw elements exhibited better mixing properties.

Key words: wavy twin?screw element, numerical simulation, mixing property

中图分类号:

TQ320.66⁺3

班董董, 王丹华, 刘奎, 李亚楠, 李涵, 戴亚辉. 波状双螺杆元件混炼性能的数值模拟[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 95-101.

BAN Dongdong, WANG Danhua, LIU Kui, LI Yanan, LI Han, DAI Yahui. Numerical simulation on mixing properties of wavy twin⁃screw elements[J]. China Plastics, 2022, 36(4): 95-101.

图/表 14

图1 波状双螺杆元件及其流道几何模型

Fig.1 Geometrical models of wavy twin?screw elements and their flow channel

图2 常规双螺杆元件及其流道几何模型

Fig.2 Geometrical models of routine twin?screw elements and their flow channel

图3 波状螺杆元件及其流道网格划分

Fig.3 Wavy twin?screw elements and their flow channel grid partition

图4 常规螺杆元件及其流道网格划分

Fig.4 Routine twin?screw elements and their flow channel grid partition

图5 剪切速率分布云图

Fig.5 Nephogram of shear rate

图6 粒子在流道内经历的最大剪切速率分布

Fig.6 Distribution of maximum shear rate of the particle experiences in the flow channel

图7 混合指数分布云图（Z=25 mm截面处）

Fig.7 Nephogram of mixing index （at Z=25 mm cross?section）

图8 流道出口混合指数分布

Fig.8 Mixing index distribution at the outlet of the flow channel

图9 非弹性应力张量第一特征值分布云图

Fig.9 Nephogram of first eigenvalue of inelastic stress tensor

图10 流道出口非弹性应力张量第一特征值分布

Fig.10 First eigenvalue of inelastic stress tensor distribution at the outlet of the flow channel

图11 停留时间分布

Fig.11 Residence time distribution

图12 时均混合效率

Fig.12 Time?average mixing efficiency

图13 初始位置示踪粒子分布

Fig.13 Initial position tracer particle distribution

图14 沿挤出方向的分离尺度

Fig.14 Segregation scale along the extrusion direction

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Numerical simulation on mixing properties of wavy twin⁃screw elements

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