螺杆几何参数对强剪切应力挤出机流场的影响.pdf

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1、70第2。01431年卷l，第2月12期工程塑料应用、，0ll41．NO．12ENGINEERINGPLASTICSAPPLICATIONDec．2Ol3螺杆YEN参数对强剪切应力挤出机流场的影响古李峰，樊耀，王宁，王颖，陈占春(1太原理工大学机械工程学院，太原030024；2．太原太航汽车电子有限公司，太原030006)摘要：基于POLYFLOW软件模拟了聚乙烯熔体在等温状态下采用不同螺杆几何参数对挤出机挤出过程的影响，得到了在不同螺杆参数下挤出机流道的压力和剪切速率分布。结果表明，选取三角形的螺棱形状且在螺棱顶端加工2mm宽的豁口端面能够

2、提高对物料的剪切速率；此外，增加螺棱头数和螺棱升角均可提升剪切速率，从而实现挤出机剪切段的强剪切应力场。关键词：数值模拟；挤出机；螺杆中图分类号：TP391．7：TQ320．5+2文献标识码：A文章编号：1001—3539(2013)12-0070-05EffectsofScrewGeometricParametersonFlowFieldsofStrongShearStressExtruderLiFeng，FanYao，WangNing，WangYing，ChenZhanchun(1．SchoolofMachinaryEngineering

3、，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China；2．TaiyuanTAICOAutoElectronCo．Ltd，Taiyuan030006，China)Abstract：Numericalsimulationwasusedtostudytheeffectsofthescrewgeometricparametersontheextrudingperformanceofextruder．POLYFLOWsoftwarewasappliedtostimulatetheprocessofthei

4、sothermalflowfieldsofPEwithdifferentgeometricparameters．Thepressurefieldsandtheshearingratefieldswereobtained．Theresultsshowthatchoosingthetriangularshapeofscrewthreadwithafractureoftwomillimeterwillmakeastrongershearingrate．Inaddition，increasingthreadnumberandleadanglewill

5、increaseshearingrate．Thus，strongshearstressfieldsofextruderisrealized．Keywords：numericalsimulation；extruder；screw高聚物在现代化工业生产中应用越来越广泛，1物理模型其中挤出成型加工制品的产量居于首位[1】，因此提1．1几何模型高挤出机的结构性能对高聚物产品的性能提升有重以通用螺杆直径为90mm的单螺杆挤出机的要意义。螺杆是挤出机系统中最为关键的部件，国实际参数为基准，改变螺杆的几何参数，建造三维模内外许多学者对螺杆的改进、优化进行过

6、研究[2】，特型。保持螺杆与料筒之间的间隙为2mm不变，螺别是开发了针对特殊材料而设计的力化学反应型挤杆长度270mm。螺杆和流体域的几何结构如图1出设备。德国斯图加特大学的Helibar挤出机[341、所示北京化工大学的串联式磨盘螺杆挤出机_5】、四川大学的磨盘形力化学反应器[6等，都是较为新型的具有强剪切性质的力化学反应器或挤出装置，许多专家学者们已就螺杆螺纹元件和螺筒结构对挤出机性能的影响进行了初步模拟分析[78]o一一笔者意在通过理论分析和数值模拟探究一种(a)(b)新型的强剪切单螺杆力化学反应型挤出机。以有限a一螺杆；b一流体区域元

7、软件POLYFLOW为平台，以高分子流变学为基图1螺杆和流体区域的三维几何模型图础，建立单螺杆三维模型，分析在不同螺杆几何参数国家青年科学基金项目(51303123)、太原理工大学青年基金项下，非牛顿黏性聚合物在流道中的流动特性，通过分目f2012L065)析对比压力场和剪切速率场，得出螺杆几何参数变联系人：陈占春，讲师，主要从事高聚物加丁及形态结构的研究化对挤出机流场的影响趋势，得到最佳的几何参数。收稿日期：2013．09．29李峰，等：螺杆几何参数对强剪切应力挤出机流场的影响711．2数学模型2．2条件设定物料在流道内的流动过程非常复杂，

8、为减少计根据实际的使用状况，在数值模拟计算中采算量，需对数学模型进行简化分析，并做如下假设：用mini．element插值，压力采用线性插值，黏度采用(1)流体为满