食品加工用三螺杆挤压机三维流场数值模拟

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1、第21卷第3期OOD&MACHINERYVol.21，No.3食品与机械2005年5月May，2005═══════════════════════════════════════════════════════════════食品加工用三螺杆挤压机三维流场数值模拟Three-dimensionaIfIowfieIdnumericaIsimuIationoftri-screwextruderforfoodprocessing朱向哲谢禹钧ZHUXiang-zheXIEYU-jun（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001）（SchoolofMechanicalEn

2、gineering，LiaoningUniversityofPetroleum&ChemicalTechnology，FushunLiaoning，113001，China）摘要：利用CFD软件包ANSYS/FLOTRAN分析了食品物料在FLOTRAN，对食品物料在三角形排布的三螺杆挤压机中的流三螺杆挤压机中的流动情况，求出了流道的速度场和压力动进行了数值模拟，求出了速度场、压力场，并对工程界比较场，对流道的中心区进行了重点分析，并对工程界比较关心关心的物料混合能力、物料输运能力和双螺杆挤压机进行了的混合能力、物料输运能力和双螺杆挤压机进行了对比分对比分析，以期对螺杆挤压

3、机的优化设计提供理论参考。析。计算结果表明，三螺杆挤压机的物料输运和混合等技术1理论模型及处理方法指标都远远好于双螺杆挤压机。关键词：三螺杆挤压机；数值模拟；挤出特性1.1模型几何参数及网格处理Abstract：Tri-screwextruderisanewandhighefficientyreactor，whileitsthe-图（1a）所示为三螺杆挤压机在不同角度观察到的几何oryisimmature.Theflowoffoodmaterialintri-screwextruderwasanalyzed模型，为了构成三螺杆挤压机特有的三啮合区，三根螺杆中bytheCF

4、DpackageANSYS/FLOTRAN.Theruleofvelocityfieldandpres-心连线成正三角形，螺纹为三头螺纹。模型几何参数如下：surefieldweregivenandaspecialinvestigatinofcentralareaoftheflowchan-螺杆外径为45mm，螺杆根径为35mm，相邻两螺杆的中心距nelwascarriedout.Thecarryingandmixingabilityoftwinscrewandtri-screw为41mm，机筒内径为46mm，两螺杆的间隙为0.4mm，机筒werecompared，whi

5、chindicatedthattri-screwexfruderismuchbetter.Keywords：Tri-screwextruder；Numericalsimulation；Extrusioncharacteristic和螺杆的间隙为0.5mm。螺杆螺纹导程为45mm；三根螺杆的螺纹均为右旋，逆时针旋转。利用ANSYS前处理功能从机螺杆挤压机是加工挤压食品的关键设备，已广泛应用于筒中减去三螺杆，所得实体即为流道的三维几何模型。选用食品和农副产品加工业。目前，应用和研究较多的是单螺杆3DFLUID142的四面体单元进行网格划分，对于流道的中心区和双螺杆挤压机［1～

6、2］。为了适应食品挤压机械的发展，急需以及螺棱顶端小间隙处进行网格细化。为了保证求解的精混合特性和产能比俱佳的新型挤压机。三螺杆挤压机的出度，由粗到细进行了多次有限元网格的划分，并在相应的情现将更好地满足这一需要，必将推动我国螺杆类食品挤压机况下进行计算，取各监测曲线波动最小的网格为最终有限元械的发展［3］。目前，国内外对三螺杆挤压机的理论研究还处计算网格。如图（1b）为流道有限元模型，其中网格数为490于定性分析的初步阶段［3］，深入了解食品物料在三螺杆挤压370个，结点数为104270个。机中的流动规律，有助于设备结构参数的优化设计。食品熔体具有高密度、高粘度等特点，

7、在螺杆挤压机中的流动非常复杂，很难用解析法研究熔体的流动特性［4］，而实验法不能从本质上认识混合和流动，且耗费大量的资金。采用计算流体力学（CFD）的方法，来预测不同几何尺寸和操作条件的螺杆挤压机内食品熔体的流动和混合特性，是螺杆挤压技术发展的必然趋势。本试验利用大型CFD软件ANSYS/作者简介：朱向哲（1974-），男，辽宁石油化工大学讲师，硕士。图1三螺杆几何模型和有限元模型E-mail：xzzhu@126.com收稿日期：2005-01-2745机械与设计2005年第3期为了便于和双螺杆挤压机的挤出特性进行比较，双螺杆