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挤出成型技术的必威体育精装版进展 俆攀 (常州轻工职业技术学校，常州鸣黄213164) 摘要：本文回顾了近年来聚合物挤出模拟研究的必威体育精装版进展，介绍了PF软件包在挤出成型模拟研究方面的特点和优越性，并给出了应用PF软件包在双螺杆挤出中数值模拟的研究结果。 关键词：PF软件包 数值模拟 挤出成型 双螺杆口模 1挤出成型技术研究的必威体育精装版进展 在高分子材料生产领域中，挤出成型是一种非常重要的加工手段，挤出机是其中关键的设备，在各种形式的挤出机中，双螺杆挤出机的应用范围最广。由于双螺杆几何结构以及聚合物熔体流变性质的复杂性，不能采用数学解析方法来研究，在很长一段时间里，使得对双螺杆挤出的研究局限于实验研究。对于挤出机的重要部件之一——成型口模的优化设计，即使是几何尺寸简单的口模，大多仍然依赖于修模的实验手段。 自1970年以来，人们开始应用计算流体动力学(CFD)和计算机对挤出成型过程进行数值模拟和研究。CFD的应用．可以减少实验次数，节省大量资金和时间，井能解决某些由于实验技术所限而难以进行测量的问题。特别是大量商用CFD软件的出现，大大节省了研究人员的编程时间，有利于研究人员集中精力对复杂流体问题本身进行深人细致的研究。近十多年来，国外越来越多的研究人员使用CFD软件包，如sIGMA，FIDAP，SEPRAN，PF等，对软件进行二次使用开发，用于挤出成型的数值模拟，其研究成果极大地促进了聚合物工业的发展。 下面从两个方面介绍运用数值模拟方法对聚合物挤出成型进行研究的必威体育精装版进展。 2双螺杆挤出机的模拟研究 国外对双螺杆挤出机所进行的数值模拟研究一直处于领先地位。1998年，Potente对幂律流体在啮合同向旋转双螺杆挤出机的流动行为进行了三维有限元分析，并通过计算所得的流线来确定停留时间。Rios利用边界元法(BEM)，比较了双螺杆的不同几何构造对混合效率的影响。Cheng使用FIDAP模拟了ZSK一53同向旋转双螺杆挤出机内的三维等温流动，并以长度拉伸比、面积拉伸比以及应变分布等作为分布混合程度的衡量指标。使用粒子示踪技术对其分布性和混合情况进行了数值研究。Yao使用FIDAP讨论了正反向螺纹输送元件的不同组合对物料在LcMAx一40机中的分散性混合情况。2000年，Bravo在准静态假设下，对啮合同向旋转双螺杆挤出机进行了三维等温数值模拟，分析了捏合块的构造以及进出口边界条件对压力和速度分布的影响。Ishilcawa对同向旋转双螺杆挤出机TEX30的捏合盘区域和异向旋转非啮合连续混合机LCMl00G的熔体输送段进行了三维非等温流动的模拟研究，考察了压力分布和温度分布随螺杆转速及流量的变化规律。Y0shinaga将数值方法与实验方法相结合，研究了三头捏合块在双螺杆挤出机内的分布性混合与分散性混合情况。Berzin考虑重均分子量的变化对反应体系粘度的影响，模拟了聚丙烯在啮合同向旋转双螺杆挤出机中由过氧化物引发的可控热降解。Fukuoka利用流动分析网络法(FAN) 在运用数值模拟手段对双螺杆进行研究的这一领域，与国外相比，国内起步较晚。在近两年里，北京化工大学的研究者对双螺杆挤出机在等温情况下的流场做了一些研究工作。李鹏、耿孝正使用ANSYS对同向啮合双螺杆的捏合块和螺纹元件流道进行了三维等温流动的有限元分析。马秀清、耿孝正等使用ANSYS对非啮合异向旋转双螺杆的螺纹元件流道进行了计算模拟，并提出了轴向循环流动的概念，分别对非啮合异向旋转双螺杆及啮合同向旋转双螺杆的轴向循环流道进行了三维等温模拟分析。刘志芳等使用ANSYS对新型双锥形双螺杆元件——腰鼓形和三角形混合块的熔体输送特性进行了计算模拟。我们使用PF对同向旋转双螺杆挤出机在非等温情况下的流场进行了一系列的数值模拟研究。 2．1 PF软件包应用于挤出成型模拟中的优势 PF是基于有限元法的专用CFD软件，专用于粘弹性材料的流动仿真，它适用于高分子材料的挤出成型、吹胀成型、拉丝、层流混合、涂层过程中的流动、传热和传质问题。运用PF软件进行挤出成型的模拟研究，与其它流行的CFD软件相比具有非常明显的优势。 在双螺杆挤出数值模拟中．大多数研究方法是对双螺杆真实流道进行有限元网格划分，如图1所示，但由于螺杆在机筒内旋转，不同时刻，流道的形状不同，研究人员就不得不在不同时刻对流道重新进行网格划分，工作量十分大。对于像双螺杆挤出这样具有内部运动部件(螺杆)的流动过程的模拟，采用网格重叠技术，对流体流经区域及运动部件分别进行网格划分，然后把它们组合到一起，如图2所示，在应用程序时，采用一定的判断条件，来区分某一有限元单元是属于运动部件螺杆，还是属于流体区域流道。这样大大减轻了人工重新划分计算网格的工作量。 2．2对双螺杆挤出机中流动的分析 我们利用PF软件包进行了以下研究工作，文献[1]建立