嵌入式行星螺杆挤出机内混沌混合行为初探模拟结果速度分布行星.PPTVIP

提纲 发生在螺杆挤出机内的混合主体是常规的层流混合，流体质点在单螺杆挤出机内的运动存在着固定的壳层轨道，各壳层之间的流体没有宏观交换，因而对界面的拉伸是线性的，混合效果不理想； 但即使具有优异混合性能的积木式同向双螺杆挤出机，其混合机理主体上仍然受传统的规则层流混合控制，混合效果主要受啮合区控制，在整个C形室中所占的比例较小，导致了对于混合混炼要求较高的物料加工来讲，转速越来越高，长径比越来越大； 虽然早期出现了一大批专利，但就强化混合机理来说，总体还是基于人们对混合的工程理解，几乎没有什么新的理论作指导。混合的能力有限，效率低，亟需新的理论指导下的新实践——》 混沌流在混合中的应用最先应归功于Aref，在1984年，提出的著名“blinking vortex”模型，该模型讨论了无黏性理想流体在二维间歇混合器内混沌触发过程，提出了混沌流 (chaotic advection) 的概念。 嵌入式行星螺杆挤出机内混沌混合行为初探 广东高校高分子材料加工工程技术开发中心 徐百平 嵌入式行星螺杆挤出机内混沌混合行为初探 2010年9月 于华中科技大学 2010 International Conference on Advanced Molding Technology 简化物理模型与数学模型建立 1 模拟结果分析与表征 2 3 绪论 结论 4 绪论 近年来，高分子材料加工领域不断向着节能降耗、绿色加工方向迈进。 微尺度成型原理与方法及材料微尺度相态界面结构控制逐渐成为一种需求，这其中也包括了纳米材料技术、功能材料和生物材料技术。 加工方法：单螺杆挤出机、双螺杆挤出机普遍应用： 绪论 作为加工技术，从原料进入装备到最终的产品质量控制，要经历固体输送、熔融、熔体输送等几个过程； 混合混炼作为高分子加工过程中的重要单元操作更具特殊意义，因为其决定了熔融速率和最终制品的微观结构。这一过程主要在是在半固态或熔体状态下实现，涉及到流场的组织和流动过程控制两方面问题 ； 高分子熔体粘度很高，注定流动过程为层流，缺乏湍流混合扩散作用机理： 绪论 1963年，Lorenz在研究大气对流时提出了“DETERMINISTIC NON-PERIODIC FLOW”揭示了混沌场的本质。 在Arnol’d和Hénon等人杰出的研究之后，混沌才为人们所认识。 绪论 绪论 绪论 1996年，出现了第一个利用混沌场提高聚合物混合的专利。 同年，Kim和Kwon等人从简单的几何思想实验入手，在单螺杆挤出机 中沿螺槽展开方向插入间断矮螺棱而引入“8”字形流动扰动。 高分子熔体是高黏度流体，层流是基本的流动状态，动力学混沌流（场）强化技术是必然的选择。 本团队前人研究的基础上，借助CFD数值模拟技术，基于简单的几何模型延伸，对高分子加工过程引入混沌场作了很多尝试性工作，发表了相关的研究论文，申请了一系列发明专利： 绪论 徐百平. 一种螺杆混沌触发方法及其设备与应用[P]. 中国专利, ZL200410077572.6, 2004； 徐百平. 单螺杆混沌挤出触发方法及装置 [P]. 中国专利, 200710026246.6, 2007； 徐百平. 异向双螺杆混沌场强化混炼排气挤出方法及其设备 [P]. 中国专利， 200710027171.3， 2007； 徐百平. 双转子差动塑化挤出高分子材料方法及设备[P]. 中国专利,200910038024.5， 2009 徐百平，王玫瑰等. 同向旋转非一致自洁多螺杆塑化排气挤出装置与方法. [P]. 中国专利， 201010202316.9，2010 徐百平，王玫瑰等. 一种嵌入式行星螺杆脉动塑化排气挤出装置及其方法. [P]. 中国专利， 201010140844.8，2010 徐百平，王玫瑰等. 七螺杆行星组合塑化排气挤出装置及其方法. [P]. 中国专利， 201010140844.8，2010 绪论 绪论 同向旋转 同向、 或反向旋转 嵌入式行星螺杆挤出技术就是其中的一种尝试 绪论 嵌入式行星螺杆简化物理模型 Flow direction 主螺杆 行星螺杆 六面体网格 Sub-domain Sub-domain Flow domain 网格划分 网格划分填充 Flow direction 数学模型 流体为层流，等温不可压缩。忽略惯性力，重力; 螺杆不动，机筒反转。螺杆机筒无间隙，边界无滑移; 行星螺杆简化为圆柱体，通过UDF定义边界条件; 黏度模型采用Carreau模型 假设条件 数学模型 边界条件确定 压力进出口，压差分别为1,2,3,4MPa； 机筒转速分别