Simulation and analysis of slotted screws with different⁃direction configurations in counter⁃rotating twin⁃screw extruders

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.12.013

Abstract

Abstract:

This study investigates the influence of axial screw slotting on the flow patterns within counter⁃rotating twin⁃screw extruders， using polylactic acid （PLA） as the model material. A standard counter⁃rotating twin⁃screw extruder served as the control. The geometric models of the screw and flow channel were meshed and simulated using the Polyflow fluid dynamics software. Tracer particles were introduced to analyze fluid motion. Results indicated that at a screw speed of 60 rpm， a slotted screw configuration enhanced pressure buildup compared to the standard screw， attributable to material accumulation within the slots. However， this pressure⁃building capability weakened as the number of slots increased. Furthermore， the slots promoted irregular flow and extended the material residence time within the C⁃shaped chambers， thereby improving axial mixing and homogeneity. A drawback was the reduction in the screw's self⁃cleaning performance due to the increased structural complexity. Overall， the three⁃slot screw configuration yielded the optimal extrusion performance for PLA.

Key words: opposite?direction twin screw, screw slotting, numerical simulation, distribution uniformity, mixing characteristics

CLC Number:

TQ320.66⁺3

SUN Chenhao, HUANG Zhigang, WU Yuntao, LIU Zihao. Simulation and analysis of slotted screws with different⁃direction configurations in counter⁃rotating twin⁃screw extruders[J]. China Plastics, 2025, 39(12): 79-84.

Figures/Tables 18

名称	长度/mm	内径/mm	外径/mm	中心距/mm	螺棱角/°
BZ	30	14	22	18.5	90

Tab.1. Geometric parameters of screw components

Fig.1. Theoretical end face curve

Fig.2. Three⁃dimensional model of screw element

Fig.3. Three⁃dimensional model of screw element

内径/mm	外径/mm	长度/mm	中心距/mm
14	22.5	30	20

Tab.2. Runner assembly modeling parameters

Fig.4. Three⁃dimensional model of flow channel

Fig.5. Finite element model of screw element and flow channel

Fig.6. Schematic diagram of pressure reference axis

Fig.7. Pressure cloud image of four kinds of screw

Fig.8. Axial pressure line diagram

Fig.9. Cumulative residence time distribution curve

Fig.10. Residence time distribution curve

Fig.11. Distribution exponential curve

Fig.12. Mixing diagram of tracer particles

时间切片序列	双螺杆模型
时间切片序列	BZ	KC3	KC4	KC6
Slice 0	2 000	2 000	2 000	2 000
Slice 1	1 574	1 553	1 565	1 573
Slice 2	1 559	1 532	1 549	1 558
Slice 5	1 528	1 491	1 516	1 513
Slice 10	1 464	1 422	1 422	1 441
Slice 20	1 400	1 342	1 356	1 354
Slice 30	1 345	1 301	1 304	1 300
Slice 45	1 332	1 270	1 281	1 269
Slice 60	1 319	1 252	1 268	1 242

Tab.3. Distribution of particles tracked by each screw

Fig.13. Separation scale curve

Fig.14. Diagram of impact experiment data

Fig.15. Diagram of Tensile test data

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