新型单螺杆挤出机组合螺杆混合特性分析

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.01.010

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (1): 54-60.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.01.010

新型单螺杆挤出机组合螺杆混合特性分析

邹思雨(), 任建民(), 朱向哲

辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2022-03-10 修回日期:2022-07-20 出版日期:2023-02-25 发布日期:2023-03-13
通讯作者: 任建民
作者简介:邹思雨（1995⁃），女，硕士研究生，从事高效节能石化设备方面的研究；E⁃mail：1759503040@qq.com。
基金资助:
辽宁省教育厅科学研究项目(L2019020)

Analysis of Mixing Characteristics of Combined Screw of New Single Screw Extruder

Siyu Zou(), Jianmin Ren(), Xiangzhe Zhu

School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2022-03-10 Revised:2022-07-20 Published:2023-02-25 Online:2023-03-13
Contact: Jianmin Ren

摘要/Abstract

摘要：

螺杆的几何构型对单螺杆挤出机混合特性具有重要的影响。选取三种具有特殊构型的六菱形螺纹元件、四菱形螺纹元件和齿形螺纹元件，设计了三种针对不同加工工艺要求的新型单螺杆挤出机组合螺杆，研究了聚乳酸在三种组合螺杆中的流动和混合特性。结果表明，在组合螺杆压力交界处产生了较大的压力梯度；菱形螺纹元件可为物料提供高拉伸作用，流体在流道中停留时间较短，混合性能较差；齿形螺杆元件既可为物料提供高剪切作用，也可提供高拉伸作用，停留时间较长，混合效果较好。

关键词: 单螺杆挤出机, 螺杆组合, Polyflow软件, 数值模拟

Abstract:

Screw geometry has an important influence on the mixing characteristics of single screw extruder. Three kinds of six rhombic thread elements, four rhombic thread elements and tooth thread elements with special configuration were selected to design three new combined screws of single screw extruder for different processing requirements, and the flow and mixing characteristics of polylactic acid in the three combined screws were studied. The results show that there is a large pressure gradient at the pressure junction of the combined screw, the diamond thread element can provide high tensile action for the material, the residence time of the fluid in its channel is short, and the mixing performance is relatively poor; the toothed screw element can not only provide high shear effect but also high tensile effect for materials, with long residence time and good mixing effect.

Key words: Single screw extrude, Screw combination, Polyflow software, Numerical simulation

中图分类号:

TQ320.64

邹思雨, 任建民, 朱向哲. 新型单螺杆挤出机组合螺杆混合特性分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(1): 54-60.

Siyu Zou, Jianmin Ren, Xiangzhe Zhu. Analysis of Mixing Characteristics of Combined Screw of New Single Screw Extruder[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(1): 54-60.

图/表 14

图1 四种螺纹螺杆元件

图2 三种组合螺杆的几何模型及有限元模型

图3 流道网格划分模型

图4 组合螺杆轴向面与环向面位置

图5 组合螺杆轴向与环向流场压力分布云图

图6 组合螺杆剪切速率分布云图

图7 组合螺杆的速度矢量分布云图（a）组合螺杆A （b）组合螺杆B （c）组合螺杆C

图8 组合螺杆的轴向及环向混合指数分布云图

图9 组合螺杆的流场对数拉伸曲线

图10 组合螺杆的累积停留时间概率及累积停留时间概率密度分布曲线

表1 组合螺杆的停留时间参数 (s)

组合螺杆	$t 0$	$t 75$	$Δ t$
A	40.28	58.72	18.44
B	36.65	46.22	9.57
C	42.90	49.20	6.30

表1 组合螺杆的停留时间参数 (s)

组合螺杆	$t 0$	$t 75$	$Δ t$
A	40.28	58.72	18.44
B	36.65	46.22	9.57
C	42.90	49.20	6.30

图11 组合螺杆最大剪应力概率及最大剪应力概率密度曲线

图12 流场分离尺度曲线

图13 流域瞬时混合效率及平均混合效率曲线

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