啮合盘元件中粉体聚集体分散混合的数值模拟.pdf

2006年 杨海波等 啮合盘元件中粉体聚集体分散混合的数值模拟 321 啮合盘元件中粉体聚集体分散混合的数值模拟 杨海波．张立群 (北京化工大学先进弹性体材料研究中心(CAEM)，北京化工大学100029) 摘要：采用有限元方法对啮合同向双螺杆挤出机的啮合盘元件流场进行了三维等温模拟计算，根据流场计 算所得到的速度场通过编程计算得到了物料在啮合盘元件中的三维流动路径，结合粉体聚集体的分散模型 和三维流动路径，计算得到了粉体聚集体在啮合盘元件出口的平均直径及基分布． 关键词：啮合同向双辊杆挤出机；三维流动路径}粉体聚集体 准确地数值模拟共混物在啮合同向双螺杆挤 本文采用有限元方法对处于充满状态的啮合 出机的混合形态的变化不仅会对啮合同向双螺杆 盘无件流场进行三维等温流体分析，根据流场分 挤出机的开发设计提供理论上的指导，而且还可 析所得到的速度分布，通过编写程序计算得到了 以简化实验，辅助设计配方和确定啮合同向双螺 物料的三维流动路径，结合三维流动路径和粉体 杆挤出机的工艺参数。 聚集体的分散模型，分析了啮合盘地件出口处的 对共混物在双螺杆挤出机中的混合形态变化 粉体聚集体的分布。 的数值模拟包括两个方面首先因为分散相的分散 1三维流场分析计算 与其所受的应力变过程有关，所以应该得到分散 相在双螺杆挤出机中真实的流动路径，这就需要 1．1几何模型 对双螺杆挤出机在比较接近实际工作条件下的流 所建立的啮合盘元件的几何模型如图1所 场进行分析。随着有限元和计算机技术的发展， 示，对啮合盘元件的流场分析是在没有对流道几 目前对双螺杆挤出机的熔体输送区的全充满段多 何形状作任何简化的情况下进行的。啮合盘元件 采用有限元方法进行全三维的流场分析，并且根 由8块厚度为7．5mm的啮合盘片组成，轴向长度 据流场分析所得到的速度声进而计算得到物料的 为60mm，错列角为30。，啮合盘外径为34mm，机 筒内径为34．6mm，啮合盘棱顶与机筒内壁的间 真实的流动[1’2’3’4J]。其次还应该得到描述分散 相在双螺杆挤出机中分散过程的数学模型。有关 隙艿及左右啮合盘棱顶和棱底间的间隙艿，均为 粉体聚集体分散机理和分散模型还遗留很多问 0．3mm，中心距为30ram。 题，目前即使在简单剪工流动的条件下，也没有能 够准确描述包括粉体聚集体的两种破裂机理(破 裂和剥蚀)的数学模型。T．Lozano[6]等人从理论 上推导得出了一个粉体聚集体在双螺杆挤出机中 的分散模型，在此模型中考虑了破裂和剥蚀两种 分散机理，但是模型中包括两个假定的很难得到 的参数。F．Berzin和B．Vergnes[7]首先假设了粉 体聚合体的分散过程，进而推导出包括多种未知 圈1 啮合盘元件的几何模型 参数的分散模型，而这些未知参数都很难得到。 为了计算和分析的方便并且结合物料的实际 IcaManns—Zloczower[8,9,10]等人在实验研究的流动情况，作如下假设： 基础上推导得到了描述剥蚀破裂机制的分散模 A流场为稳定流场，即流场分布和时间无关 型。 B流场为等温流场 322 2006年橡胶新技术交流暨信息发布会 C流场的雷达诺数较小，可以认为流动为层 誓：矾(z，Y，z) 万2矾Lz’’z’ 流流动