基于离散单元法的单螺杆挤出机固体粒子输送特性分析

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.03.012

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (3): 68-73.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.03.012

基于离散单元法的单螺杆挤出机固体粒子输送特性分析

李良¹(), 朱向哲¹(), 吴婷婷²

^1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.山东康源安全技术咨询有限公司，山东济南 250014

收稿日期:2021-02-04 修回日期:2021-04-21 出版日期:2022-06-25 发布日期:2022-07-18
通讯作者: 朱向哲
作者简介:李良（1995⁃），男，硕士研究生，从事螺杆挤出机输送特性方面的研究；E⁃mail：2306938845@qq.com。
基金资助:
辽宁省教育厅科学研究项目(L2019020)

Analysis of Solid Particle Transport Characteristics in Single Screw Extrusion Based on Discrete Element Method

Liang Li¹(), Xiangzhe Zhu¹(), Tingting Wu²

^1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Shandong Kangyuan Security Technology Consulting Co. Ltd. ，Ji'nan Shandong 250014，China

Received:2021-02-04 Revised:2021-04-21 Published:2022-06-25 Online:2022-07-18
Contact: Xiangzhe Zhu

摘要/Abstract

摘要：

基于离散单元法，利用建模软件Solidworks、离散单元模拟软件EDEM，对单螺杆挤出机固体颗粒输送运动进行模拟。研究内容包括物料参数如颗粒的形状、大小，螺杆转速，结构参数如螺棱数量、螺棱倾角对固体输送量的影响，以及机筒内部颗粒的运动和填充情况。结果表明，单一螺杆?机筒模型存在最佳颗粒粒径、最佳颗粒形状；颗粒直径越小，填充效果越好；螺棱倾角为105°时颗粒输送量最大。

关键词: 离散单元法, 单螺杆, 颗粒输送

Abstract:

Based on the discrete element method, this paper uses modeling software Solidworks and discrete element simulation software EDEM to simulate the transport movement of solid particles in a single?screw extruder. The research includes the influence of material parameters such as the shape and size of the particles, the screw speed, and structural parameters such as the number of screw edges and the inclination angle of the screw edges on the solid transport capacity, as well as the movement and filling of the particles inside the barrel. The results show that the single screw?barrel model has the best particle size and the best particle shape; the smaller the particle size, the better the filling effect; the maximum particle transport capacity is when the spiral angle is 105°.

Key words: Discrete element method, Single screw, Particle transport

中图分类号:

TQ320.663

李良, 朱向哲, 吴婷婷. 基于离散单元法的单螺杆挤出机固体粒子输送特性分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 68-73.

Liang Li, Xiangzhe Zhu, Tingting Wu. Analysis of Solid Particle Transport Characteristics in Single Screw Extrusion Based on Discrete Element Method[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(3): 68-73.

图/表 15

图 1 球形粒子的接触模型

表 1 螺杆和机筒的几何和材料参数

参数

数值

机筒内径/mm

螺槽深度/mm

导程/mm

螺棱厚度/mm

固体输送段长度/mm

密度/(kg·m^－3 )

剪切模量/GPa

泊松比

6.5

280

7 800

0.3

图2 基于颗粒碰撞模型理论的螺杆模拟模型示意图

表2 颗粒的性能参数

性能参数	数值
密度/(kg·m^－3 )	920
与挤出机的动摩擦系数	0.01
与挤出机的静摩擦系数	0.50
颗粒间的动摩擦系数	0.05
颗粒间的静摩擦系数	0.50
剪切模量/GPa	1.0
泊松比	0.4
恢复系数	0.45

图3 颗粒在螺槽内部的填充过程

图4 螺槽内的粒子速度分布云图

图5 颗粒直径对输送量及填充率的影响

图6 不同颗粒直径的填充过程

图7 三种形状颗粒模型

图8 颗粒形状对填充率的影响

表3 颗粒形状对输送量的影响 (kg/h)

颗粒形状

输送量

方形

柱形

球形

28.354

31.537

28.756

图9 螺杆转速对输送量及填充率的影响

图10 螺杆颗粒填充图

图 11 螺杆结构对输送量和填充率的影响

图12 螺棱倾角对输送量的影响

参考文献 16

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基于离散单元法的单螺杆挤出机固体粒子输送特性分析

Analysis of Solid Particle Transport Characteristics in Single Screw Extrusion Based on Discrete Element Method

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