单螺杆挤出机螺杆组合段流域混合特性

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.05.013

辽宁石油化工大学学报 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (5): 72-78.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2021.05.013

单螺杆挤出机螺杆组合段流域混合特性

谢磊(), 邹思雨, 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:2021-02-08 修回日期:2021-03-13 出版日期:2021-10-25 发布日期:2021-11-09
通讯作者: 朱向哲
作者简介:谢磊（1994⁃），男，硕士研究生，从事高效节能石化设备方面的研究；E⁃mail：academic_layman@163.com。
基金资助:
辽宁省教育厅科学研究项目(L2019020)

Single⁃Screw Extruder Screw Combination Section Flow Field Mixing Characteristics

Lei Xie(), Siyu Zou, Xiangzhe Zhu()

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

Received:2021-02-08 Revised:2021-03-13 Published:2021-10-25 Online:2021-11-09
Contact: Xiangzhe Zhu

摘要/Abstract

摘要：

采用有限单元法对单螺杆挤出机不同螺杆组合段流域进行研究。使用Polyflow软件计算普通螺纹螺杆、普通螺纹与菠萝头组合螺杆、普通螺纹与销钉组合螺杆流场的压力场、剪切速率场、速度矢量、混合指数等参数，并对后处理结果进行了比较分析。结果表明，普通螺纹螺杆能为流体提供较大的轴向速度；菠萝头螺杆虽然阻力较大，但是较多的斜截面设计能为流体提供较好的轴向分速度和周向分速度；销钉螺杆的屏障作用会使一部分流体回流。三种新型螺杆在为流体提供良好的线速度的同时，能有效地对流体进行拉伸和剪切，使其分散混合更加均匀，从其曲线分析结果来看销钉螺杆混合效果最佳。

关键词: 单螺杆挤出机, 混合特性, Polyflow软件, 数值模拟

Abstract:

The Finite Element Method was used to study the flow field of different screw combination sections of single?screw extruder. The Polyflow software was used to calculate the pressure field, shear rate field, velocity vector, mixing index and other parameters of the flow field of ordinary screw, ordinary screw and pineapple head combined screw, ordinary screw and pin combined screw. The post?processing results were compared and analysed.The results show that the ordinary threaded screw can provide a greater axial velocity for the fluid; although the pineapple head screw has greater resistance, the more oblique section design can provide better axial and circumferential velocity for the fluid; the barrier effect of the screw causes a part of the fluid to flow back. The three new types of screws can effectively stretch and shear the fluid while providing a good linear velocity for the fluid to make its dispersion and mixing more uniform. According to the analysis of the curve results, the mixing effect of pin?screw is the best.

Key words: Single screw extruder, Mixing characteristic, Polyflow software, Numerical simulation

中图分类号:

TE969

谢磊, 邹思雨, 朱向哲. 单螺杆挤出机螺杆组合段流域混合特性[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(5): 72-78.

Lei Xie, Siyu Zou, Xiangzhe Zhu. Single⁃Screw Extruder Screw Combination Section Flow Field Mixing Characteristics[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2021, 41(5): 72-78.

图/表 11

图1 流域和螺杆的三维网格图

图2 流场中心截面上的压力分布云图

图3 三种组合螺杆流域表面的剪切速率分布云图

图4 各流域速度矢量图（a）螺纹螺杆流域（b）菠萝头螺杆流域（c）销钉螺杆流域

图5 流场内x=0截面上的混合指数云图

图6 流场对数拉伸曲线

表1 三种组合螺杆的停留时间参数 (s)

组合螺杆	$t 0$	$t 75$	$Δ t$
螺纹螺杆	8.43	21.48	13.05
菠萝头螺杆	17.21	36.25	19.04
销钉螺杆	15.39	26.72	11.33

表1 三种组合螺杆的停留时间参数 (s)

组合螺杆	$t 0$	$t 75$	$Δ t$
螺纹螺杆	8.43	21.48	13.05
菠萝头螺杆	17.21	36.25	19.04
销钉螺杆	15.39	26.72	11.33

图7 累积停留时间概率及累积停留时间概率密度分布曲线

图8 流场最大剪应力概率函数及最大剪应力概率密度函数曲线

图9 流场分离尺度曲线

图10 粒子可视化流场分布图（a）螺纹螺杆（b）菠萝头螺杆（c）销钉螺杆

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