雙螺桿擠出機機筒結構分析及機筒內聚合物流動與傳熱研究.pdf

1、雙螺桿擠出機是化工行業(yè)重要的機電一體化先進裝備，主要用于塑料化工原料的改性和造粒生產(chǎn)。大型造粒機組一直依靠進口，所以迫切需要開發(fā)和生產(chǎn)出大型造粒機組，實現(xiàn)設備的基本國產(chǎn)化，并且保證品質。
　　 本文主要針對大造粒機組中重要組成部分雙螺桿擠出機筒的結構以及機筒內聚合物流動與傳熱過程進行了數(shù)值仿真及分析。進行的工作主要分為三個部分：
　　 (1)為了獲得熱力耦合作用下雙通道機筒的應力、變形和溫度分布，建立了雙螺桿擠出機軸向加

2、熱雙通道機筒的有限元模型，分別對試壓工況、正常工況和極限工況以及極限冷態(tài)工況條件下，雙通道機筒的溫度分布、應力分布和變形進行了有限元分析。四種工況的熱力耦合載荷作用下的有限元分析結果表明，軸向加熱雙通道機筒的設計合理，能夠滿足強度和加熱需要。
　　 (2)建立了雙螺桿擠出機筒內一個螺距內聚合物流動與傳熱的模型，獲得了聚合物的溫度分布、速度分布、壓力分布以及溫度隨時間變化曲線。數(shù)值結果表面，聚合物的流動既有軸向的流動，也有周向的轉

3、動。聚合物的壓力沿著擠出方向增大。聚合物的平均溫度隨時間的增加而升高。
　　 (3)建立雙螺桿擠出機預熱啟動時包括機筒、高聚合物和螺桿在內的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，用于預測擠出機的溫度變化和分布，以及螺槽中的高聚合物融化情況。數(shù)值結果表明，受加熱通道分布的影響，總體上機筒中部的溫度和靠近加熱通道的高聚合物溫度較高，高聚合物融化越快?！?”字孔內表面、高聚合物和螺桿的平均溫度隨預熱時間的增加而升高，“8”字孔內表面的溫度在預熱初期上升最快

4、，在預熱末期最先達到穩(wěn)態(tài)，而螺桿的溫度變化趨勢與“8”字孔內表面溫度變化趨勢相反。與溫度變化相協(xié)同，高聚合物在機筒內的融化速率隨預熱時間逐漸減小。在導熱油流量減小一半時，聚合物融化所需的時間大大增加。
　　 對機筒進行的有限元分析，不僅對機筒結構的強度進行了校核，也對加熱通道的優(yōu)化設計有所幫助。機筒內聚合物的流動與傳熱的研究對工況的選擇，聚合物加工質量的保證有一定幫助。對機筒預熱時間的數(shù)值模擬對機筒加熱通道的設計和優(yōu)化，以及準確