密煉機(jī)混煉過(guò)程中內(nèi)部流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的模擬研究.pdf

1、本文利用ADINA有限元軟件對(duì)密煉機(jī)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)首次進(jìn)行了有益的探討研究。 首次，建立了不同膠料流場(chǎng)的三維模型和同步轉(zhuǎn)子密煉機(jī)的二維有限元模型，對(duì)全充滿(mǎn)狀態(tài)下包含不同轉(zhuǎn)子構(gòu)型的膠料流場(chǎng)進(jìn)行了三維等溫、非牛頓模擬計(jì)算，對(duì)得到速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和粘度場(chǎng)等云圖進(jìn)行了分析，同時(shí)還對(duì)密煉機(jī)二維流場(chǎng)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(guò)程中的應(yīng)力和應(yīng)變變化狀態(tài)。 同時(shí)，對(duì)三維轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)和密煉機(jī)二維溫度場(chǎng)的分布進(jìn)行了分析，

2、通過(guò)對(duì)溫度場(chǎng)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(duì)密煉機(jī)各部分的傳熱性能有了更進(jìn)一步地了解。 通過(guò)對(duì)密煉機(jī)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分析，可以得出以下結(jié)論： 1.通過(guò)流場(chǎng)橫截面剪切應(yīng)力場(chǎng)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(guò)對(duì)兩轉(zhuǎn)子流場(chǎng)嚙合區(qū)域截面上的壓力場(chǎng)和速度矢量場(chǎng)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(guò)對(duì)同步轉(zhuǎn)子流場(chǎng)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(chǎng)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(guò)了大約1/3轉(zhuǎn)的時(shí)候，流動(dòng)趨勢(shì)變緩，并開(kāi)始轉(zhuǎn)向，這個(gè)過(guò)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(guò)對(duì)異步轉(zhuǎn)子流場(chǎng)在一個(gè)周期內(nèi)的軸向流動(dòng)分析，左右轉(zhuǎn)子流場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)大的單向循環(huán)流動(dòng)，在過(guò)了大約1/3轉(zhuǎn)的時(shí)候

4、，流動(dòng)趨勢(shì)變換，局部開(kāi)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(shì)還是正向流動(dòng)，但是不太明顯，每個(gè)小部分都出現(xiàn)類(lèi)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(guò)在轉(zhuǎn)子流場(chǎng)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(guò)對(duì)比同步四棱和異步四棱流場(chǎng)的粒子流情況，明確了二者不同的混合機(jī)理。通過(guò)對(duì)00-900相位排列得同步轉(zhuǎn)子粒子場(chǎng)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(lái)看，這

5、種排列方式要優(yōu)于00-00相位的情況。 5.通過(guò)四棱和功能性二棱同步轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)有限元結(jié)果的對(duì)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(guò)程的溫度曲線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)性增加。首次使用非線(xiàn)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(duì)