长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.02.012

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (2): 73-78.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.02.012

长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响

张鹏飞¹(), 孟宇¹, 王东阳², 朱向哲¹()

^1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.抚顺市技师学院，辽宁抚顺 113123

收稿日期:2021-03-04 修回日期:2021-04-01 出版日期:2022-04-25 发布日期:2022-05-21
通讯作者: 朱向哲
作者简介:张鹏飞（1994⁃），男，硕士研究生，从事密炼机转子设计和优化研究；E⁃mail：469684120@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51473073)

Effect of Ratio of Long and Short Edge Length on Mixing Characteristics in 4WS Rotor Mixers

Pengfei Zhang¹(), Yu Meng¹, Dongyang Wang², Xiangzhe Zhu¹()

^1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Fushun Technician College，Fushun Liaoning 113123，China

Received:2021-03-04 Revised:2021-04-01 Published:2022-04-25 Online:2022-05-21
Contact: Xiangzhe Zhu

摘要/Abstract

摘要：

4WS转子是一种新型的密炼机转子，其中长短棱长度比是重要的几何结构设计参数。利用POLYFLOW软件，分别对长短棱长度比为2∶1、3∶1、4∶1的4WS型转子密炼机流场进行了有限元模拟。通过粒子示踪技术，对三种密炼机的宏观混合形态进行了粒子可视化追踪。利用流场数据，计算了典型的分散混合和分布混合评价参数，对三种不同转子密炼机内流体的混合效率进行了对比分析，探究长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响规律。结果表明，相对于长短棱长度比为3∶1和2∶1的4WS型转子密炼机，长短棱长度比为4∶1的4WS型转子密炼机分散和分布混合能力均有了较大的提升。

关键词: 4WS转子密炼机, 长短棱长度比, 混合特性, 数值模拟

Abstract:

The 4WS rotor is a new type of internal mixer rotor, and the ratio of long and short edge length is one of the important geometrical structure design parameters. The flow fields in 4WS rotor internal mixer with ratio of long and short edge length, 2∶1, 3∶1 and 4∶1, were simulated by using the software POLYFLOW. Through particle tracing technology, the macroscopic mixing state of the three internal mixers was visualized and tracked.Using the flow field data, the typical evaluation parameters of dispersive mixing and distributed mixing were calculated, and the mixing efficiency of the fluids in three different rotor internal mixers was compared and analyzed, and the effect of ratio of long and short edge length on mixing characteristics of 4WS rotor mixer was explored. The results show that, compared with the 4WS rotor internal mixer with a length ratio of 3∶1 and 2∶1, the dispersing and distributed mixing ability of 4∶1 type rotor have been greatly improved.

Key words: Internal mixer with 4WS rotors, Ratio of long and short edge length, Mixing characteristics, Numerical simulation

中图分类号:

TQ320.5+2

张鹏飞, 孟宇, 王东阳, 朱向哲. 长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(2): 73-78.

Pengfei Zhang, Yu Meng, Dongyang Wang, Xiangzhe Zhu. Effect of Ratio of Long and Short Edge Length on Mixing Characteristics in 4WS Rotor Mixers[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(2): 73-78.

图/表 11

表1 几何模型的主要结构参数

结构参数	数值	结构参数	数值
转子棱宽/mm	2.0	棱长/mm	76.0
转子与筒壁间隙/mm	2.0	转子中心距/mm	45.0
转子根径/mm	12.5	机筒长度/mm	76.0
转子最大回转直径/mm	21.0	机筒内径/mm	12.5
前棱螺旋角/（°）	30	机筒外径/mm	23.0
后棱螺旋角/（°）	45

图1 有限元模型

图2 三种转子几何模型和有限元网格模型

图3 2∶1型4WS转子密炼机流体速度矢量图

图4 2∶1型4WS转子密炼机流体混合指数分布

图5 不同时刻长短棱长度比不同的三种4WS转子密煤炼机的粒子分布形态

图6 不同时刻三种4WS转子密炼机粒子轴向分布混合形态

图7 长短棱长度比对4WS转子密炼机分离尺度的影响

图8 长短棱长度比对4WS转子密炼机对数拉伸指数的影响

图9 长短棱长度比对4WS转子密炼机时间平均混合效率的影响

图10 长短棱长度比对4WS转子密炼机瞬时混合效率的影响

参考文献 11

1	董振刚，王宇航，张兴宁，等.三种转子密炼机流体流动和混合特性对比分析［J］.辽宁石油化工大学学报，2016，36（6）：
	43⁃50.
2	黄凤春，马秀清，周炳斌，等.同向双螺杆拉伸元件的设计及混合性能的研究［J］.中国塑料，2011，25（9）：90⁃94.
3	滕薇，许自成，田明，等.密炼机混炼橡胶的三维流场瞬态模拟［J］.橡胶工业，2012，59（10）：619⁃625．
4	喻慧文，徐百平，何亮，等.非对称同向双螺杆端面造型对混合行为影响数值模拟［J］.化工学报，2012，65（5）：1622⁃1629.
5	汪传生，张萌.基于 Polyflow的密炼机六棱同步转子流场的三维动态模拟研究［J］.橡胶工业，2014，61（4）：236⁃240．
6	Salahudeen S A，Elleithy R H，Alothman O，et al.Comparative study of internal batch mixer such as cam，banbury and roller：Numerical simulation and experimental verification［J］.Chemical Engineering Science，2011，66（12）：2502⁃2511.
7	Salahudeen S A，Alothman O，Elleithy R H，et al.Optimization of rotor speed based on stretching， efficiency，and viscous heating in nonintermeshing internal batch mixer：Simulation and experimental verification［J］.Journal of Applied Polymer Science，2013，127（4）：2739⁃2748.
8	Xu B P，Kuang T Q，Yu H W，et al.Enhancement of mixing by different baffle arrays in cavity flows［J］.Chemical Engineering Science，2015，137：837⁃851.
9	孟宇，朱向哲，刘俭.棱顶间隙对4WS密炼机流体混合特性影响［J］.石油化工高等学校学报，2018，31（5）：77⁃83.
10	于清溪. 橡胶混炼设备使用现状与工艺发展［J］. 橡塑技术与装备，2007，23（5）：6⁃16.
11	张兴宁，赵金玉，董振刚，等.4WS、4WH和6WI转子密炼机流固耦合特性对比分析［J］.石油化工高等学校学报，2016，29（3）：74⁃81.

[1]	周振, 张云宝, 王承州, 詹兆海, 郑旭林, 陈丹丰. “弱凝胶+水基微球”组合调驱数值模拟量化的表征研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(4): 72-77.
[2]	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.
[3]	伍轶鸣, 姚琨, 刘艳, 李湘云, 吴蜜蜜, 成荣红. 凝析气藏注气提高采收率数值模拟研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 51-55.
[4]	徐冰, 李小玲, 吴玉国. 天然气管道肋条减阻数值分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 56-61.
[5]	李嘉宁, 杜胜男, 范开峰, 晁凯, 黄雪松, 李伟, 王卫强. 多起伏大高差油气混输管道停输和再启动瞬态流动规律研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(2): 55-60.
[6]	任博群, 宝艳明, 李壮, 韩立浩. 电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(6): 72-78.
[7]	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.
[8]	陆莹, 马贵阳. π型管液固两相冲刷腐蚀数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(4): 52-57.
[9]	罗婷婷, 姚振杰, 段景杰, 李剑, 赵永攀. 低渗透油藏储层特征描述及三维地质建模研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(3): 40-44.
[10]	范玉斌，王卫强，秦国庆，庄正刚. 流量差异和管径突变对立管流动状态的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(2): 58-63.
[11]	刘智铭，董杰，谢禹钧. SK型静态混合器对原油混合特性影响的数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(2): 73-77.
[12]	秦国庆, 王卫强, 范玉斌, 庄正刚, 余睿哲. 深海卧管⁃悬链线立管系统管内流动特性分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(1): 52-58.
[13]	王军成，王岳. 集输管线盲通管冲刷腐蚀数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(5): 73-77.
[14]	郭潇潇，张莹莹，高磊，师瑀，纪强. 钛换热管与管板焊接的气体保护措施优化[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(4): 83-86.
[15]	卜英南，高磊，张莹莹. 油浆蒸汽发生器管板与换热管焊缝处焊接残余应力模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(3): 70-73.

长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响

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