密煉機(jī)混煉過程中內(nèi)部流場和溫度場的模擬研究.pdf

1、本文利用ADINA有限元軟件對密煉機(jī)的流場和溫度場首次進(jìn)行了有益的探討研究。 首次，建立了不同膠料流場的三維模型和同步轉(zhuǎn)子密煉機(jī)的二維有限元模型，對全充滿狀態(tài)下包含不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型的膠料流場進(jìn)行了三維等溫、非牛頓模擬計(jì)算，對得到速度場、壓力場和粘度場等云圖進(jìn)行了分析，同時(shí)還對密煉機(jī)二維流場有限元模型進(jìn)行了流固耦合計(jì)算，從而得出了轉(zhuǎn)子在混煉過程中的應(yīng)力和應(yīng)變變化狀態(tài)。 同時(shí)，對三維轉(zhuǎn)子溫度場和密煉機(jī)二維溫度場的分布進(jìn)行了分析，

2、通過對溫度場的模擬，得出了膠料在各個(gè)瞬時(shí)的溫度以及密煉機(jī)不同部位的溫度變化情況，對密煉機(jī)各部分的傳熱性能有了更進(jìn)一步地了解。 通過對密煉機(jī)流場和溫度場的分析，可以得出以下結(jié)論： 1.通過流場橫截面剪切應(yīng)力場的分析，可以得到在轉(zhuǎn)子棱的頂部間隙、楔形區(qū)域和切向間隙內(nèi)均存在著有利于分散的高剪切區(qū)。 2.通過對兩轉(zhuǎn)子流場嚙合區(qū)域截面上的壓力場和速度矢量場分析，首次直觀地得出了在嚙合區(qū)同步轉(zhuǎn)子的混合能力和效率要高于異步轉(zhuǎn)子

3、的結(jié)果。 3.通過對同步轉(zhuǎn)子流場在一個(gè)周期內(nèi)的軸向流動(dòng)分析，可以了解到，每個(gè)轉(zhuǎn)子流場都有一個(gè)圍繞轉(zhuǎn)子的小循環(huán)流動(dòng)，二者的小循環(huán)在嚙合區(qū)發(fā)生混合，在兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過了大約1/3轉(zhuǎn)的時(shí)候，流動(dòng)趨勢變緩，并開始轉(zhuǎn)向，這個(gè)過程大概持續(xù)1/6轉(zhuǎn)的時(shí)間，最后的1/3轉(zhuǎn)呈與前1/3轉(zhuǎn)相反的循環(huán)流動(dòng)，這樣在一個(gè)周期內(nèi)就出現(xiàn)了一次完整的往復(fù)混合。通過對異步轉(zhuǎn)子流場在一個(gè)周期內(nèi)的軸向流動(dòng)分析，左右轉(zhuǎn)子流場構(gòu)成一個(gè)大的單向循環(huán)流動(dòng)，在過了大約1/3轉(zhuǎn)的時(shí)候

4、，流動(dòng)趨勢變換，局部開始出現(xiàn)反向流動(dòng)，出現(xiàn)一個(gè)比較平穩(wěn)的時(shí)期，大體趨勢還是正向流動(dòng)，但是不太明顯，每個(gè)小部分都出現(xiàn)類似紊流的流動(dòng)，最后正向循環(huán)流動(dòng)重新加強(qiáng)，完成一個(gè)周期的循環(huán)。 4.首次通過在轉(zhuǎn)子流場中釋放粒子流，觀察膠料的流動(dòng)情況和存在流動(dòng)的死角。通過對比同步四棱和異步四棱流場的粒子流情況，明確了二者不同的混合機(jī)理。通過對00-900相位排列得同步轉(zhuǎn)子粒子場的分析，得知膠料在整個(gè)混煉區(qū)域做8字型流動(dòng)，從流動(dòng)混合性的角度來看，這

5、種排列方式要優(yōu)于00-00相位的情況。 5.通過四棱和功能性二棱同步轉(zhuǎn)子溫度場有限元結(jié)果的對比分析，在同等條件下四棱轉(zhuǎn)子的傳熱及換熱性能要明顯優(yōu)于功能性同步二棱轉(zhuǎn)子。 6.混煉過程的溫度曲線是隨時(shí)間變化的，在一個(gè)混煉周期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)和峰值，呈拋物線形式上升，煉膠初期溫度變化緩慢，煉膠中期溫度上升較快，在煉膠后期溫度上升最快，幾乎成線性增加。首次使用非線性功率加載方式，模擬得出的膠料溫度更加接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 最后，對