（机械设计及理论专业论文）同向双螺杆挤出机熔融段熔融传热过程研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号t q 3 1学科分类号 4 3 0 5 0 1 0 论文编号 10 0 10 2 0 0 6 0 0 9 3 密级公开 学位授予单位代码 10 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名梁畅学号 2 0 0 6 0 8 0 0 9 3 获学位专业名称机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 中石化2 0 万吨年大 课题来源型挤压造粒机组国产研究方向聚合物材料加工机械 化项目 论文题目同向双螺杆挤出机熔融段熔融传热过程研究 关键词同向双螺杆挤出机，熔融过程，传热过程，数值计算 论文答辩日期 2 0 1 2 0 5 2 4t 论文类型 应用研究 学位论文评阗及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师 王奎升教授北京化工大学流体机械 评阅人1盲评 评阅人2盲评 评阅人3盲评 评阅人4 王立 教授北京科技大学机械工程 评阅人5王德国教授中国石油大学( 北京) 石油机械 答辩委员会主席 陈晋南教授北京理工大学过程数值模拟 答辩委员1詹茂盛教授北京航空航天大学聚合物加工 答辩委员2 王立 教授北京科技大学 机械工程 答辩委员3 江 波教授北京化工大学聚合物加工 答辩委员4薛平教授北京化工大学聚合物加工 答辩委员5 摘要 同向双螺杆挤出机熔融段熔融传热过程研究 摘要 在聚合物加工领域，同向双螺杆挤出工艺占有重要地位，双螺杆挤出 熔融段物料流动与传热规律对于螺杆结构设计和工艺条件选择具有重要 的指导意义。本文使用f l u e n t 软件，数值模拟了双螺杆螺纹元件和捏合块 挤出混合熔融聚合物的过程，数值研究了不同工艺条件下螺杆流道内物料 的热流动行为，研究了螺杆元件结构、工艺条件对熔融过程的影响，提出 了提高熔融效果的途径与措施。 用数值模拟的方法，研究螺杆熔融段准三维流道内固相粒子的熔融过 程。模拟了固相粒子变形、熔融和流动行为，研究分析了螺杆结构、工艺 条件变化对熔融过程的影响，对比分析了内部加热量和内部粘性耗散热能 对粒子熔融的贡献。 用数值模拟的方法，研究螺杆熔融段三维流道内固相粒子的熔融过 程。在双螺杆挤出熔融段流道内放置多个固相粒子，通过对其熔融时间的 计算研究，揭示多个固相粒子在同向双螺杆熔融段挤出混合熔融过程，分 析工艺条件变化对熔融过程的影响，对比分析内部加热量和内部粘性耗散 热能对挤出混合熔融过程的贡献。 用数值模拟的方法，研究常规螺纹元件熔融段固相料团的熔融过程和 机理，讨论了影响螺杆熔融段三维流道内固相料团挤出混合熔融过程的主 要因素。 北京化： 大学博士学位论文 用数值模拟的方法，研究了螺杆元件结构对挤出混合熔融性能的影 响。选取捏合块和常规螺纹元件两种螺杆结构，用数值模拟的方法对比研 究了固相料团在两种流道与挤出机中的温升趋势、熔融程度和能量消耗的 差别。 用数值模拟的方法，研究了捏合块结构对挤出混合熔融性能的影响。 以一种厚捏合盘小错列角的捏合块结构为例，研究表征熔融能力的参数 ( 出口熔体平均温度和分数) 、表征功耗特性参数( 粘性耗散能量和总能 量) 与工艺条件( 加料速率、螺杆转速、加热功率和加工时间) 之间的函 数关系，得到二次多项式拟合方程。计算得到了工艺条件对表征熔融能力 参数和功耗特性参数的影响趋势，提出并讨论了在双螺杆熔融段能量极值 条件下，通过优化螺杆结构和工艺参数，提高熔融效果的具体方法和措施， 为工业生产选择螺杆结构和工艺条件提供依据。 用实验测量熔体温度和熔体分数的方法，研究了螺杆元件结构、工艺 条件对熔融性能的影响，验证了熔融过程与影响因素的关系。 关键词：同向双螺杆挤出机，熔融过程，传热过程，数值计算 a b s t r a c t s t u d yo nm e i j i n ga n dh e a tt r a n s f e ri nm e i j i n g z o n eo fc o r o t a t i n gt w i ns c r e we x t r u d e r s a b s t r a c t c o r o t a t i n gt w i ns c r e we x t r u s i o nh a sa l w a y sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei n p o l y m e rp r o c e s s i n g t h ep r i n c i p l e so fm a t e r i a l s f l o wa n dh e a tt r a n s f e ri n m e l t i n gz o n ea r ev a l u a b l ef o rd e s i g no fs c r e wc o n f i g u r a t i o n sa n ds e l e c t i o no f o p e r a t i o n a lc o n d i t i o n s t h i sp a p e r h a sa d o p t e df l u e n tt os i m u l a t em i x i n ga n d m e l t i n go fs c r e we l e m e n t sa n dk n e a d i n gb l o c k si nc o r o t a t i n gt w i n s c r e w e x t r u d e r h e a tt r a n s f e ra n df l o wo fh d p ei nt h ee x t r u d e r sc h a n n e lu n d e r d i f f e r e n tt e c h n i c a lc o n d i t i o n sh a v eb e e ns t u d i e dn u m e r i c a l l y t h ei n f l u e n c e s o fs c r e wc o n f i g u r a t i o n sa n dt e c h n i c a lc o n d i t i o n so nm e l t i n gh a v ea l s ob e e n d i s c u s s e d ，a n dm e t h o d st oe n h a n c em e l t i n gr e s u l th a v eb e e np r o p o s e d n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sh a v eb e e nc a r r i e do u tt os t u d yt h em e l t i n gp r o c e s s o fs o l i dp a n i c l e si n q u a s i t h r e ed i m e n s i o n a lf l o wc h a n n e l s d e f o r m a t i o n ， m e l t i n ga n df l o wb e h a v i o r so f t h es o l i dp e l l e t si nt h em e l th a v eb e e ns i m u l a t e d t h ei n f l u e n c e so fs c r e wc o n f i g u r a t i o n sa n dt e c h n i c a lc o n d i t i o n so nm e l t i n g h a v eb e e ns t u d i e d t h ei n n e rh e a ta n dv i s c o u sd i s s i p a t i o n ，w h i c hc o n t r i b u t et o p e l l e t s m e l t i n gh a v eb e e na n a l y s e dc o m p a r e t i v e l y 北京化工大学博士学位论文 n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sh a v eb e e nc a r r i e do u tt os t u d yt h em e l t i n gp r o c e s s o fs o l i dp a r t i c l e si nt h r e ed i m e n s i o n a lf l o wc h a n n e l s an u m b e ro fs o l i dp e l l e t s h a v eb e e np u ti nt h ef l o wc h a n n e lo fm e l t i n gz o n e s m e l t i n gp r o c e s so f m u l t i p l ep e l l e t sh a sb e e nr e v e a l e da c c o r d i n gt ot h ec o m p u t a t i o no fm e l t i n g t i m e t h ei n f l u e n c e so ft e c h n i c a lc o n d i t i o n so nm e l t i n gp r o c e s sh a v eb e e n a n a l y s e da n dt h ed i f f e r e n c e so fh e a t i n ga n dv i s c o u sd i s s i p a t i o nh a v eb e e n c o m p a r e d n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sh a v eb e e nc a r r i e do u tt os t u d ym a t e r i a lg r o u p s m e l t i n gp r o c e s sa n dm e c h a n i s m s i ns c r e we l e m e n t sm e l t i n gz o n e ，t h e i n f l u e n c e st h a t a f f e c tm a t e r i a lg r o u p se x t r u s i o na n dm e l t i n gp r o c e s sh a v e b e e nd i s c u s s e d n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sh a v eb e e nc a r r i e do u tt os t u d yt h ei n f l u e n c eo f s c r e wc o n f i g u r a t i o n so nm i x i n gm e l t i n gp r o c e s s k n e a d i n gb l o c k sa n ds c r e w e l e m e n th a v e b e e ns e l e c t e dt of i n do u tt h ed i f f e r e n c e so fm a t e r i a l s t e m p e r a t u r er i s e ，m e l t i n gr a t ea n de n e r g yc o n s u m p t i o n o ft w of l o wc h a n n e l s n u m e r i c a ls t u d i e so fm i x i n ga n dm e l t i n ga b i l i t i e so fk n e a d i n gb l o c k s h a v eb e e nc a r r i e do u t ac o n f i g u r a t i o no fk n e a d i n gb l o c k sw i t hw i d ed i s c sa n d s m a l ls t a g g e r i n ga n g l e sh a sb e e nt a k e na sa ne x a m p l e ，t os i m u l a t et h e m a t e r i a l s o u t l e tt e m p e r a t u r e ，o u t l e tm e l tp e r c e n t a g e ，v i s c o u se n e r g ya n dt o t a l e n e r g y ，a st h ef u n c t i o n so ff e e d i n gr a t e ，s c r e ws p e e d ，b a r r e lt e m p e r a t u r ea n d o p e r a t i o n a lt i m e q u a d r a t i cr e g r e s s i o nf u n c t i o n so b o u tt e c h n i c a l c o n d i t i o n s h a v eb e e no b t a i n e d t h ee f f e c t sw h i c ht e c h n i c a lc o n d i t i o n si n f l u e n c e i v a b s t r a c t p a r a m e t e r sr e p r e s e n t i n gm e l t i n ga b i l i t i e s ( i e m a t e r i a l s o u t l e tt e m p e r a t u r e a n do u t l e tm e l tp e r c e n t a g e ) a n dp a r a m e t e r sr e p r e s e n t i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n ( i e v i s c o u se n e r g ya n dt o t a le n e r g y ) h a v eb e e ns i m u l a t e d b a s e do nt h e d i s c u s s i o n so fe x t r e m ee n e r g yc o n s u m p t i o no fm e l t i n gp r o c e s s ，m e t h o d st o p r o m o t em e l t i n gh a v eb e e np r o p o s e db yo p t i m i z es c r e wc o n f i g u r a t i o n sa n d t e c h n i c a lc o n d i t i o n s ，w h i c hw o u l dp r o v i d eg u i d a n c ef o rt h ec h o i c eo fs c r e w c o n f i g u r a t i o n sa n dt e c h n i c a lc o n d i t i o n si ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n e x p e r i m e n t sh a v eb e e nc a r r i e do u tt ot e s t i f yt h ei n f l u e n c eo f t e c h n i c a l c o n d i t i o n sa n ds c r e wc o n f i g u r a t i o n so nm e l t i n gp r o c e s s ，b ym e a s u r i n gt h e m e l tt e m p e r a t u r ea n dm e l tp e r c e n t a g ei nd i f f e r e n ts c r e wc o n f i g u r a t i o n s t h e e x p e r i m e n t sr e s u l t st e s t i f yn o to n l yt h er e s u l t so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o nb u ta l s o t h er a l a t i o n s h i p sb e t w e e nm e l t i n gp r o c e s sa n df a c t o r s k e y w o r d s ：c o r o t a t i n gt w i ns c r e we x t r u d e r ，m e l t i n gp r o c e s s ，h e a tt r a n s f e r p r o c e s s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n v 北京化工大学博士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 选题背景和研究意义1 1 2 相关学科领域研究现状与进展2 1 3 本课题的主要研究内容1 3 第二章准三维流道内固相粒子的熔融过程1 5 2 1 数学方程与准三维流道的几何结构图形：1 5 2 2 固相粒子在准三维流道内熔融过程的计算结果与讨论1 9 2 2 1 固定工艺条件下固相粒子的熔融形态1 9 2 2 2 工艺条件对于固相粒子熔融时间和熔融长度的影响2 8 2 2 3 固相粒子的大小和多少对熔融过程的影响3 l 2 2 4 啮合区准三维流道内固相粒子的熔融过程3 5 2 3 本章小结3 8 第三章三维流道内固相粒子的熔融过程3 9 3 1 数学方程与常规螺纹元件三维流道的几何结构图形3 9 3 2 三维流道内固相粒子熔融的计算结果与讨论4 0 3 - 2 1 多个固相粒子的熔融顺序4 0 3 2 2 工艺条件对固相粒子熔融时间的影响4 3 3 4 本章小结4 4 第四章常规螺纹元件三维流道内固相物料的熔融过程4 5 4 1 数学方程与常规螺纹元件三维流道的几何结构图形4 5 4 2 常规螺纹元件三维流道内固相物料熔融过程的计算结果与讨论4 7 4 2 1 熔融过程4 7 4 2 2 工艺条件对粘性耗散的影响5 0 4 3 实验验证5 2 4 3 1 材料及设备5 2 4 3 2 实验结果分析5 3 x v i 目录 4 4 本章小结5 4 第五章螺杆结构对固相物料混合熔融过程的影响。5 5 5 1 数学方程和两种螺杆元件的几何结构图形5 5 5 2 螺杆结构对固相物料混合熔融过程影响的计算结果与讨论5 6 5 2 1 螺杆结构对熔体温度场的影响：5 6 5 2 2 螺杆结构对固相物料熔融时间的影响5 8 5 2 3 螺杆结构对固相物料熔融长度的影响6 0 5 2 4 螺杆结构对熔融过程中能量变化的影响6 1 5 3 实验验证6 4 5 4 本章小结6 5 第六章捏合块结构对固相物料熔融混合过程的影响。6 7 6 1 计算方法6 7 6 2 工艺条件对混合熔融过程的影响6 9 6 3 捏合块结构对混合熔融过程的影响8 4 6 4 实验验证8 5 6 5 本章小结8 7 第七章螺杆结构及工艺条件影响熔融过程的实验研究。8 9 7 1 实验材料与设备8 9 7 2 实验过程及数据分析9 2 7 3 本章小结。1 0 6 第八章全文总结与展望1 0 7 8 1 丌展的主要工作及得到的主要结论1 0 7 8 2 论文的主要创新点1 0 8 8 3 研究展望10 8 参考文献1 0 9 致谢1 1 3 研究成果及发表的学术论文1 1 4 v 北京化工大学博士学位论文 作者和导师简介1 1 5 x v i c o n t e n t s co n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n d m e a n i n go f t h es t u d y 1 1 2r a l a t e dr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s 2 1 3m a i nc o n t e n t s 13 c h a p t e r 2s t u d yo nm e l t i n go fs o l i dp e l l e ti nq u a s i - 3 df l o wc h a n n e l 1 5 2 1m a t h e m a t i c a le q u a t i o n sa n d g e o m e t r i c a ls k e t c ho f q u a s i 一3 df l o wc h a n n e l 1 5 2 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n so fs o l i dp e l l e tm e l t i n gi nq u a s i - 3 df l o wc h a n n e l 19 2 2 1m o r p h o l o g i e so fs o l i dp e l l e t su n d e rc e r t a i nt e c h n i c a lc o n d i t i o n s 19 2 2 2i n f l u e n c e so f t e c h n i c a lc o n d i t i o n so ns o l i dp e l l e t s m e l t i n g 2 8 2 2 3i n f l u e n c e so f s i z ea n dn u m b e ro f p e l l e t so nm e l t i n g 3 1 2 2 4m e l t i n go f s o l i dp e l l e ti nt h eq u a s i 一3 df l o wc h a n n e lo f n i p p i n g z o n e 3 5 2 3c o n c l u s i o n s 3 8 c h a p t e r3s t u d yo ns o l i dp e l l e t s m e l t i n gi n3 df l o wc h a n n e l 3 9 3 1m a t h e m a t i c a le q u a t i o n sa n d g e o m e t r i c a ls k e t c ho f 3 df l o wf i e l do f s c r e we l e m e n t 3 9 3 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n so fs o l i dp e l l e t s m e l t i n gi n3 df l o wc h a n n e l 4 0 3 2 1 m e l t i n gs e q u e n c eo f m u l t i p l ep e l l e t s 4 0 3 2 2i n f l u e n c e so f t e c h n i c a lc o n d i t i o n so nm e l t i n gt i m e 4 3 3 4c o n c l u s i o n s 4 4 c h a p t e r4s t u d yo nm e l t i n go fs o l i dm a t e r i a l si nt h ef l o wc h a n n e lo fs c r e w e l e m e n t 4 5 4 1m a t h e m a t i c a le q u m i o n sa n dg e o m e t r i c a ls k e t c ho f 3 df l o wf i e l do fs c r e we l e m e n t 4 5 4 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n so fs o l i dm a t e r i a l s m e l t i n gi nt h ec h a n n e lo fs c r e we l e m e n t 4 7 4 2 1m e l t i n gp r o c e s s 4 7 4 2 2i n f l u e n c e so f t e c h n i c a lc o n d i t i o n so nv i s c o u sd i s s i p a t i o n 5 0 4 3e x p e r i m e n t a ls t u d y 5 2 v 北京化工大学博士学位论文 4 3 1m a t e r i a l sa n de q u i p p m e n t 一5 2 4 3 2e x p e r i m e n t a lr e s u l t s 5 3 4 4c o n c l u s i o n s 5 4 c h a p t e r5i n f l u e n c e so fs c r e wc o n f i g u r a t i o no nm i x i n ga n dm e l t i n gs o l i d m a t e r i a l s p r o c e s s 5 5 5 1m a t h e m a t i c a le q u a t i o n sa n dg e o m e t r i c a ls k e t c ho ff l o wc h a n n e lo f t h ec o n f i g u r a t i o n s5 5 5 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n so f i n f l u e n c eo f c o n f i g u r a t i o n so ns o l i dm a t e r i a l s m e l t i n g 5 6 5 2 1i n f l u e n c e so f s c r e wc o n f i g u r a i o n so nm e l tt e m p e r a t u r ef i e l d s 5 6 5 2 2i n f l u e n c e so fs c r e wc o n f i g u r a i o n so nm e l tt i m e 5 8 5 2 3i n f l u e n c e so f s c r e wc o n f i g u r a i o n so nm e l t i n gd i s t a n c e 6 0 5 2 4i n f l u e n c e so f s c r e wc o n f i g u r a i o n so n e n e r g y ：6 1 5 3e x p e r i m e n t a ls t u d y ：6 4 5 4c o n c l u s i o n s ：6 5 c h a p t e r6i n f l u e n c eo fk n e a d i n gb l o c kc o n f l g u r a i o n so nm i x i n gm e l t i n g a b i l i t yo fs o l i dm a t e r i a l s 6 7 6 1m e t h o d s 6 7 6 2i n f l u e n c e so f t e c h n i c a lc o n d i t i o n so nm i x i n gm e l t i n gp r o c e s s 6 9 6 3i n f l u e n c e so f k n e a d i n gb l o c kc o n f i g u r a t i o n so nm i x i n gm e l t i n gp r o c e s s 8 4 6 4e x p e r i m e n t a ls t u d y 8 5 6 5c o n c l u s i o n s 8 7 c h a p t e r7e x p e r i m e n t a ls t u d yo fi n f l u e n c e so fs c r e we o n f i g u r a t i o n sa n d t e c h n i c a lc o n d i t i o n so nm e l t i n gp r o c e s s 8 9 7 1e q u i p m e n t a lm a t e r i a l sa n de q u i p m e n t s 8 9 7 2e x p e r i m e n t a lp r o c e s sa n dd a t aa n a l y s i s 9 2 7 3c o n c l u s i o n s 1 0 6 c h a p t e r8c o n c l u s i o n sa n de x p e c t a t i o n s 1 0 7 8 1m a i nw o r k sa n dc o n c l u s i o n s 1 0 7 8 2i n n o v a t i o n sa n dc o n t r i b u t i o n s 1 0 8 x v i c o n t e n t s 8 3e x p e c t a t i o n s 1 0 8 r e f e f e n c e s 1 0 9 a c k n o w l e d g e m e n t 1 1 3 p u b l i c a t i o n s 1 1 4 b i o g r a p h i c a ls k e t c h 1 1 5 v 符号说明 c p 比热，k g k 。1 d应变速率张量 厂喂料速率，k g s h 对流换热系数，w m k 。1 h l 瓮，j k g 一 相态下标 k 导热率，w m k 。1 三 熔融潜热，j k 9 1 茁7 m 质量，堙 m 稠度 n幂律指数 p流场内的压力，砌 g 热流密度，m s _ 1 r 流场的当量半径，m s夕 加热源，j： 丁温度，k z 初始温度，k 瓦， 熔体温度，k t 旷，相态j 的参考温度，k t s 固体温度，k 瓦 机筒壁面温度，k t时间，s 符号说明 x v 北京化工大学博士学位论文 u速度张量 l 相态的质量分数 口圆心角，r a d 熔体分数， y 剪切速率，s 。1 万螺杆表面与机筒表面之间的间隙，m 7 7粘度，p a s p 材料密度，堙m 。3 1 矽 剪切应力，m p a 糌l 生耗散量，姆_ 缈 螺杆转速，r r a i n x v i 帮章绪论 1 1 选题背景和研究意义 第一章绪论 目前，塑料加工有大约3 3 是在挤出机k 完成的。双螺杆挤出机因其具有优良 的喂料性能、混合性能、自洁性能和排气性能，以及其停留时问可控、螺杆组件类型 丰富、组合灵活多变等独特的配混加工优势。1 ，被广大塑料加工企业所运用。图i - 1 给出了螺杆组件图，图1 2 给出了螺杆组件的组装图。根据汀波和许澍华。；”的研究， 同向双螺杆挤出机的发展呈现精密化，高机能化、优质化和纳米化的趋势，当前随着 国外大型挤压造粒机组的研发成功并投入生产，标志着卫螺杆挤出机的发展进入了 个新的阶段。近年来，中石化确定开始“2 0 万吨年大型挤压造粒机组国产化项目” 研究，这对提高我国聚合物加工工业研发和生产水平具有熏要的现实意义。 斟i - 2 蝴 | n 1j 州台块儿 f i g1 - 2s c r e we l e m e n t sa n dk n e a d i n gb l o c k s 北京化工大学博士学位论文 本文以中石化“2 0 万吨年大型挤压造粒机组国产化项目”中双螺杆挤出机熔融 段熔融传热问题作为研究课题，以研究双螺杆挤出熔融段物料流动与传热规律为切入 点，目的是力求通过采用数值模拟的方法，研究固相粒子、固相料团在准三维流道、 三维流道内变形、熔融和流动行为，研究表征熔融能力的参数、表征功耗特性的参数 与工艺条件之问的函数关系，计算得到了工艺条件对表征熔融能力参数和功耗特性参 数的影响趋势，进而分析得出了螺杆结构、工艺条件变化对熔融过程的影响规律，为 “2 0 万吨年大型挤压造粒机组国产化项目”提高熔融效果、选择优化螺杆结构和工 艺条件提供理论依据。 1 2 相关学科领域研究现状与进展 基于本课题是针对同向双螺杆挤出机熔融段熔融传热过程进行研究，所以作者仅 对本课题涉及的螺杆挤出熔融理论、流动与传热规律等相关科研领域研究现状与进展 情况进行了综合梳理。 在双螺杆挤出机的加工过程中，无论是塑化造粒，还是聚合物改性，聚合物材料 都是从加料口中加入，通过在图1 3 所示的机筒内“0 0 ”字孔输送物料，熔融物料和 均化物料，并使熔融的物料通过口模，最终实现聚合物的加工成型。在这一过程中， 熔融过程是最主要、最关键的过程之一。熔融过程包括物料温升、相态变化、流动与 混合等过程，同时还可能伴随发生复杂的化学反应，其过程的复杂性、研究的不确定 性一直是聚合物加工领域研究的难点：一是对熔融过程建模难。目前，发生在双螺杆 挤出机内部的熔融现象无法用实时、准确、全方位的手段进行观察与测量，并且熔融 过程中伴随着固液两相并存、物料不完全充满以及物料温度分布规律复杂等问题，因 此难以准确而真实的建立熔融过程的物理和数学模型。二是把握熔融规律难。由于熔 融过程中受螺杆结构、工艺条件和物料性质等多种因素的影响，并且这些因素交互影 响，因而聚合物物料在双螺杆挤出熔融段中的熔融规律难以把握。三是对熔融过程求 解难。由于熔融过程包括复杂的相态转变、能量转换、热量传递和温度差异，需要采 用质量守恒、能量守恒和热力学基本定律等多种控制方程共同描述，同时边界条件也 很复杂，因此求解十分困难。多个状态方程联立往往难以得到解析解，而只能借助有 限元方法求解数值解。然而，虽然在对双螺杆挤出机熔融过程、熔融规律研究中，存 在上述诸多难以逾越的困难，但是多年来，从事聚合物加工领域研究的工作者们却始 终没有放弃对双螺杆挤出机熔融过程、熔融规律的研究和探索，仍然孜孜于不倦地在 向着科学的高峰一步一步坚实的迈进。 第一章绪论 图1 - 3 双螺杆挤出机的“o o ”字形内孔 f i g 1 - 3 ”一s h a p e di n n e rc h a n n e lo f t w i ns c r e we x t r u d e r ( 1 ) 单螺杆挤出机的熔融理论 1 9 6 6 年和1 9 6 7 年，t a d m o r 崎删首次对单螺杆挤出机的熔融过程提出了一个初级的 数学模型。该模型描述了单螺杆挤出中物料的熔融过程：在热的机筒和固体之间首先 形成一个熔膜，熔膜被螺棱刮下后在螺棱的拖曳面上形成一个熔池，随着机筒的热传 导和熔体中的粘性耗散热，固体床越来越小，直至熔融结束；建立了数学模型，数学 模型的建立基于以下简化和假设：第一，固体床质量均匀、连续，固体床在挤出方向 假设为无限长；第二，固体床在挤出方向的速度恒定不变；第三，单螺杆螺槽根部的 固体床温度为室温，传热方向仅考虑为螺槽深度方向。该模型的提出，开创了单螺杆 挤出机熔融过程建模研究的先河。在t a d m o r 模型及其基础理论指导下，研究者发展 了t a d m o r 对熔融机理的描述