含能材料锥形双螺杆混合及安全性能数值模拟研究
含能材料广泛应用于航空航天、武器装备的战斗部装填物和动力源。大多数的含能材料由高能量密度化合物和各种添加剂组成，同时添加粘度很高的粘合剂，将各种成分均匀粘合在一起。由于含能材料的高粘度特性，在挤出加工中会产生很大的粘性阻力，不利于含能材料的均匀混合。同时，含能材料对压力、温度和剪切敏感，对挤出设备的安全性能有很高的要求。因此本文基于Polyflow非等温问题的有限元求解方法，以挤出段、过渡体和挤出机头流道为研究对象，以安全混合为研究目的，对流道中的各场量分布进行模拟分析。本文的主要工作如下: (1)根据含能材料的流变特性，使用Arrhenius Law模型，修正温度对含能材料流变性能的影响。设计螺杆挤出段、过渡体和挤出机头结构，并建立上述三部分所对应的流道模型。根据流道结构特点，优化网格质量，并对螺杆啮合间隙、螺杆与机筒间隙进行局部网格加密，提高模拟结果的精确性。同时，设计锥形双螺杆SolidWorks建模插件，提高Polyflow前处理效率。 (2)使用Polyflow对不同螺棱宽度、螺槽深度、螺纹导程和径向间隙的螺杆挤出段进行非等温稳态和瞬态模拟。根据模拟结果，对流场各场量的分布情况进行分析，计算挤出段的累积停留时间和平均回流系数，并建立螺杆安全混合评价体系，优化锥形双螺杆结构参数。螺杆的综合评价结果表明，在螺棱宽度类型为W3、导程类型为L34、槽深类型为H8、间隙类型为G1时，流场的安全性能高，混合效果好。 (3)根据已优化的挤出段螺杆结构参数，设计不同工艺参数的模拟对照组。由非等温稳态和瞬态下流场的模拟结果，计算不同工艺下流场的安全评价系数和混合系数。综合考虑锥形双螺杆的安全性能和混合效果，优选工艺参数。由工艺参数的综合评价结果表明，在工艺参数为S2或S6时，其安全和混合的综合性能最优。
含能材料;锥形双螺杆;工艺参数;安全性能;混合效果
北京化工大学
硕士
机械工程
董力群
2021
中文
TB346
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）