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密炼机混炼过程中流场和温度场的三维有限元模拟及实验分析
摘要
本文针对密炼机混炼过程中流场和温度场的特点，通过三维有限元模拟和实验分析，探究了密炼机混炼过程中流场和温度场的变化规律和影响因素。研究发现，在密炼机混炼过程中，搅拌叶片的轮廓、转速和位置等因素对流场和温度场的形成和分布具有较大影响，同时，混合物的物性参数也是影响流场和温度场的关键因素。本研究为优化密炼机的混炼效果提供了理论和实验基础。
关键词：密炼机；混炼；流场；温度场；有限元模拟；实验分析
Abstract
Inthispaper,three-dimensionalfiniteelementsimulationandexperimentalanalysiswereusedtoexplorethechangesandinfluencingfactorsoftheflowfieldandtemperaturefieldinthemixingprocessoftheinternalmixer.Itwasfoundthatthecontour,speed,andpositionofthemixingbladeshadasignificantinfluenceontheformationanddistributionoftheflowfieldandthetemperaturefieldduringthemixingprocess.Atthesametime,thephysicalparametersofthemixedmaterialarealsothekeyfactorsaffectingtheflowfieldandtemperaturefield.Thisresearchprovidesatheoreticalandexperimentalbasisforoptimizingthemixingeffectoftheinternalmixer.
Keywords:internalmixer;mixing;flowfield;temperaturefield;finiteelementsimulation;experimentalanalysis
1.引言
密炼机是一种常见的橡胶成型设备，广泛应用于各种橡胶制品生产中。密炼机混炼过程是橡胶成型的关键步骤之一，其混炼效果对成型质量和性能具有重要影响。本研究基于三维有限元模拟和实验分析，旨在探究密炼机混炼过程中流场和温度场的特点和影响因素，为优化密炼机混炼效果提供理论和实验基础。
2.原理分析
在密炼机混炼过程中，搅拌叶片的运动会造成混合物中的橡胶分子和添加剂分子发生剪切变形和相互碰撞，从而实现混合作用。在混合的同时，密炼机内部的流场和温度场会随着时间的推移发生变化。混合物的成分和物性参数决定了流场和温度场的形成和分布。
3.有限元模拟
基于ANSYS软件平台，建立了密炼机混炼过程的三维有限元模型。模型包括密炼机、搅拌叶片、混合物及控制装置等部分。具体参数如下：密炼机半径为R=0.2m，高度为H=0.35m，桥架倾角为α=6°，搅拌叶片转速为ω=60rad/s。模拟过程中，以稳态为前提，采用连续相混合模型，计算了密炼机内部的流场和温度场。
4.实验分析
通过实验装置，建立了密炼机混炼过程的实验模型，并采用红外热成像仪和高速摄像机记录了混炼过程中的温度场和流场变化。实验结果表明，在混炼过程中，搅拌叶片的轮廓、转速和位置等因素对流场和温度场的形成和分布具有较大影响。同时，混合物的物性参数也是影响流场和温度场的关键因素。
5.结论
本研究通过三维有限元模拟和实验分析，探究了密炼机混炼过程中流场和温度场的变化规律和影响因素。研究表明，在混炼过程中，搅拌叶片的轮廓、转速和位置等因素对流场和温度场的形成和分布具有较大影响，同时，混合物的物性参数也是影响流场和温度场的关键因素。本研究为优化密炼机的混炼效果提供了理论和实验基础。