色母粒挤出机混合性能数值模拟及节能研究
色母粒产品在生产行业中有着举足轻重的作用，色母粒生产技术也越来越受到重视。螺杆挤出机是对色母粒进行加热熔融、挤出成型的重要设备，由于其加工原理的复杂性，色母粒的混合性能数值模拟对实际加工生产有重要的指导作用，也成为衡量色母粒挤出产品质量的重要标准。本文运用流体仿真分析软件POLYFLOW对色母粒熔体在螺杆挤出机中的运动情况进行模拟分析，包括对压力场、速度场、剪切速率以及混合性能的数值模拟分析，并通过对流场的分析，在POLYFLOW仿真运行的日志文件中得到螺杆在转动过程中受到的扭矩大小。通过扭矩和转动驱动功率以及能耗的关系得到螺杆挤出机在输送熔体的过程中所消耗的能量。同时，在POLYFLOW流场分析结果的基础上，采用粒子示踪法对色母粒熔体的混合性能进行数值模拟分析，并使用后处理分析软件POLYSTAT对混合性能的分析结果进行统计学分析，得出混合性能参数曲线，包括停留时间、剪切速率、分散指数等。在此基础上，改变色母粒加工过程中的一些工艺参数，包括螺杆的转速、螺杆进口处的加料量以及出口设定压力等，分析这些参数的变化对混合性能的影响。 本研究主要内容包括：⑴色母粒生产工艺参数的变化，会使流体的流场分布以及带动流体流动所需要的扭矩和混合性能也相应的发生变化，其中螺杆的转速对挤出性能的影响最大。转速越大，粒子所经受的最大剪切速率和流场的速度越大，但是停留时间较短，所以合理选择螺杆转速使混合性能达到最佳，能耗降到最低。进料口喂料量的大小对进出口压力差影响较大，适当提高喂料量可以提高挤出效率。⑵根据影响能耗的因素，分别从螺筒结构及温度控制系统的算法上进行改进优化，降低能耗，节约能源。在结构方面，根据温度的传热特性，进行ANSYS热力学分析，从而确定最佳传热螺筒壁厚;在温度的控制算法上，在传统PID控制算法的基础上，提出了一种模糊控制和PID控制相结合的模糊自适应PID算法，并通过SIMULINK仿真，得到物料的温度变化曲线，从而定性的确定最适合挤出机加热的PID参数。从而使挤出机在加热过程中的能量浪费降到最低，大大节约了能量。⑶通过对色母粒的混合性能进行大量数据的仿真研究，得到数值模拟结果与实验验证结果相一致。并且在实际的色母粒生产加工中，对工艺参数的合理设置提高了色母粒的加工质量，降低了能源浪费。
塑料加工;螺杆挤出机;母粒熔体;流体力学
山东大学
硕士
机械电子工程
冯显英
2017
中文
TQ320.5;TQ021.1
95
2017-09-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）