热风熔融废旧塑料造粒机熔融室温度场分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.022

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (4): 149-157.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.04.022

热风熔融废旧塑料造粒机熔融室温度场分析

谭磊, 黄兴元(), 王涵, 潘留雯

南昌大学机电工程学院，江西省轻质高强结构材料重点实验室，南昌 330031

收稿日期:2021-10-22 出版日期:2022-04-26 发布日期:2022-04-24
通讯作者: 黄兴元，男，教授，主要从事聚合物成型理论与装备研究，huangxingyuan001@126.com
E-mail:huangxingyuan001@126.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51403615)

Analysis of temperature field in melting chamber of hot⁃air melting waste plastic granulator

TAN Lei, HUANG Xingyuan(), WANG Han, PAN Liuwen

Jiangxi Province Key Laboratory of Lightweight and High?strength Structural Materials，School of Mechanical and Electrical Engineering，Nanchang University，Nanchang 330031，China

Received:2021-10-22 Online:2022-04-26 Published:2022-04-24
Contact: HUANG Xingyuan E-mail:huangxingyuan001@126.com

摘要/Abstract

摘要：

针对熔融室温度分布存在较大温差现象，用Fluent仿真软件对热风熔融废旧塑料造粒机熔融室进行传热模拟。通过比较不同进风口直径、不同进风口位置及不同进风口风速的熔融室温度分布，分析进风口直径、进风口位置、进风口风速对熔融室温度分布的影响，并采用正交试验找出最佳参数组和分辨主次因素。结果表明，使用控制变量法，熔融室箱体内温度随着进风口直径的增大而显著提高，随进风口位置变化有不同变化，即进风口与主轴距离过小或过大均使熔融室温度分布不均匀，唯有处于中间区域，熔融室温度分布更加均匀，随进风口速度的增大而无明显变化；通过正交试验得到最佳参数组为进风口直径120 mm、进风口距中心150 mm、进风口风速2 m/s、熔融室温度差47.7 ℃；为使熔融室箱体内不出现较大温差，使用进风口直径为120 mm、进风口距中心为150 mm的优化方案。

关键词: 废旧塑料, 熔融室, Fluent, 控制变量法, 温度场, 正交试验

Abstract:

In view of a large temperature difference in the temperature distribution of the melting chamber， the heat transfer in the melting chamber of a hot?air melting waste plastic granulator was simulated by using the Fluent simulation software. By comparing the temperature distribution of the melting chamber with different inlet diameters， different inlet positions， and different inlet wind speed， the effects of inlet diameter， inlet position， and inlet wind speed on the temperature distribution of the melting chamber were investigated. An orthogonal experiment was performed to explore the optimal parameter components and distinguish the primary and secondary factors. The analysis results indicated that the temperature inside the melting chamber increased significantly with an increase in the diameter of the air inlet increases when using the controlled variable method. However， this temperature varied with a variation of the position of the air inlet. If the distance between the air inlet and the main shaft was too small or too large， the temperature distribution of the melting chamber was inhomogeneous. Only in the middle area， the temperature distribution of the melting chamber was more uniform， and there was no obvious change with an increase in the air inlet speed. Through the orthogonal experiment， the optimal parameter group was determined to be an air?inlet diameter of 120 mm， a distance of 47.7 ℃ between the air inlet and center 150 mm， and a wind speed of 2 m/s at the air inlet. It is concluded that the optimized scheme with an air?inlet diameter of 120 mm and an air inlet distance of 150 mm from the center should be adopted to avoid a large temperature difference in the melting chamber.

Key words: waste plastic, melting chamber, Fluent, controlled variable method, temperature field, orthogonal test

中图分类号:

TQ320.6

谭磊, 黄兴元, 王涵, 潘留雯. 热风熔融废旧塑料造粒机熔融室温度场分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 149-157.

TAN Lei, HUANG Xingyuan, WANG Han, PAN Liuwen. Analysis of temperature field in melting chamber of hot⁃air melting waste plastic granulator[J]. China Plastics, 2022, 36(4): 149-157.

图/表 20

图1 立式热风循环造粒机结构图

Fig.1 Structure diagram of vertical hot air circulation granulator

图2 熔融室几何模型

Fig.2 Geometry model of the melting chamber

D/mm	H/mm	d/mm	s/mm
500	453	60	175

表1 熔融室几何参数

Tab.1 Geometric parameters of melting chamber

图3 熔融室

Fig.3 Melting chamber

图4 筛网

Fig.4 Sieve

R₁	R₂	R₃	R₄	R₅	R₆	R₇	R₈	R₉	R₁₀	R₁₁	d₁	d₂	d₃
45	80	100	130	145	170	185	210	230	250	250	30	40	40

表2 筛网几何参数 (mm)

Tab.2 Screen geometric parameters

模型	进风口直径（d）/ mm	进风口风速（v）/ m·s^-1	进风口距中心距离（s）/mm
1	80	2	140
2	100	2	140
3	120	2	140
4	140	2	140

表3 熔融室模拟参数

Tab.3 Melt chamber simulation parameters

图5 熔融室直线分布

Fig.5 Linear distribution of melting chamber

图6 不同进风口直径温度云图

Fig.6 Model temperature clouds with different inlet diameters

图7 不同进风口温度分布

Fig.7 Different inlet temperature distribution

图8 各线温度分布

Fig.8 Temperature distribution of each line

模型	d/mm	v/m·s^-1	s/mm
5	120	2	110
6	120	2	130
7	120	2	150
8	100	2	170

表4 熔融室模拟参数

Tab.4 Simulation parameters of melt chamber

图9 对距中心主轴不同距离的温度云图

Fig.9 Model temperature nephograms at different distances from the central spindle

图10 不同进风口位置的温度分布

Fig.10 Temperature distribution at different inlet locations

模型	d/mm	v/m·s^-1	s/mm
9	120	1	140
10	120	2	140
11	120	3	140
12	120	4	140

表5 熔融室模拟参数

Tab.5 Simulation parameters of melt chamber

图11 不同风速模型的温度云图

Fig.11 Temperature cloud diagram of different wind speed models

图12 不同风速模型的温度分布

Fig.12 Temperature distribution of different wind speed models

水平	A（d）/mm	B（s）/mm	C（v）/m·s^-1
1	80	110	1
2	100	130	2
3	120	150	3

表6 影响熔融室温度分布的因素和水平

Tab.6 Factors and levels that affect the temperature distribution of the melting chamber

模拟序号	d/mm	s/mm	v/m·s^-1	温度差（t）/℃
模拟1	80	110	1	55.9
模拟2	80	130	2	58.4
模拟3	80	150	3	48.1
模拟4	100	110	2	54.9
模拟5	100	130	3	51.2
模拟6	100	150	1	53.6
模拟7	120	110	3	63.7
模拟8	120	130	1	50.2
模拟9	120	150	2	47.7

表7 熔融室参数正交模拟表

Tab.7 Orthogonal simulation table of L9 （33） melting chamber parameters

自变量	d/mm	s/mm	v/m·s^-1	误差
改变平方和	600	2 400	6	6
自由度	2	2	2	2
F 值	400	400	1	—
重要性	非常显著	非常显著	不显著	—

表8 方差分析表

Tab.8 Analysis of variance table

参考文献 10

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Analysis of temperature field in melting chamber of hot⁃air melting waste plastic granulator

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