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在聚合物加工的混炼设备中,密炼机是应用最为广泛和间歇式混炼设备。密炼机转子作为密炼机的核心部件,一直是人们研究的重点。为了更好地提高密炼机的混炼效率和炼胶质量,使人们更加清楚地掌握混炼过程、混炼机理以及密炼室内胶料的流场和温度场变化情况,人们开始运用有限元等相关软件对此进行模拟计算。本文利用ADINA有限元软件对密炼机的流场和温度场首次进行了有益的探讨研究。 本文首次建立了不同胶料流场的三维模型和同步转子密炼机的二维有限元模型,对全充满状态下包含不同转子构型的胶料流场进行了三维等温、非牛顿模拟计算,对得到速度场、压力场和粘度场等云图进行了分析,同时还对密炼机二维流场有限元模型进行了流固耦合计算,从而得出了转子在混炼过程中的应力和应变变化状态。 同时本文还对三维转子温度场和密炼机二维温度场的分布进行了分析,通过对温度场的模拟,得出了胶料在各个瞬时的温度以及密炼机不同部位的温度变化情况,对密炼机各部分的传热性能有了更进一步地了解。 通过对密炼机流场和温度场的分析,可以得出以下结论: 1.通过流场横截面剪切应力场的分析,可以得到在转子棱的顶部间隙、楔形区域和切向间隙内均存在着有利于分散的高剪切区。 2.通过对两转子流场啮合区域截面上的压力场和速度矢量场分析,首次直观地得出了在啮合区同步转子的混合能力和效率要高于异步转子的结果。 3.通过对同步转子流场在一个周期内的轴向流动分析,可以了解到,每个转子流场都有一个围绕转子的小循环流动,二者的小循环在啮合区发生混合,在两转子转过了大约1/3转的时候,流动趋势变缓,并开始转向,这个过程大概持续1/6转的时间,最后的1/3转呈与前1/3转相反的循环流动,这样在一个周期内就出现了一次完整的往复混合。通过对异步转子流场在一个周期内的轴向流动分析,左右转子流场构成一个大的单向循环流动,在过了大约1/3转的时候,流动趋势变