密炼机混炼过程中内部温度场.

特性。1993年胡本飞和怀特仍在前述机台进行了转子构型试验，这种转子
可以任意组合，主要观察转子构型不同时物料流动情况及混炼机理。1994 年克蒙和怀特再次利用可视化技术同时研究了啮合型转子密炼机和剪切型
转子密炼机的混炼特性，发现前者比后者具有循环速度快、胶块均化快、
炭黑混合吸油时间短等特点。
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密炼机混炼过程中内部温度场、流场的模拟及实验——开题报告
限元等相关软件对密炼机混炼过程中密炼室内的温度场和流场进行模拟并拟做 相关实验进行验证，以达到完善现有密炼机混炼机理和混炼理论的目的。
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密炼机混炼过程中内部温度场、流场的模拟及实验——开题报告
1.2课题研究的意义
炼机的混炼过程十分复杂，所涉及的问题多属流变学和热力学方面的问
题。混炼过程中温度、压力、转子的转速等对产品的产量和质量有很大影响。
随着科学技术的发展，特别是大型有限元软件的开发和应用，人们已开
始采用计算机对混炼过程的温度场、流场进行模拟。从一些文摘来看，国外 近几年从事密炼机流场模拟研究的比较多，在流场模拟方面的技术也已经趋 于成熟，但很难查阅到详细的资料。最近的资料显示，世界上几家大的橡胶 机械企业可能已经做得比较完善，在开发新产品的时候，已经是完全依赖于 计算机模拟的计算，来确定新产品的性能，及制定相关的参数和工艺优化。 但由于技术保密等原因，还迟迟未在学术文章上进行报到。据文献中论述，
虽然研究中我们可以做出透明密炼室来观察密炼室内部聚合物的流动情况，
正确地分析其流动机理，更无法建立起完全正确的混炼理论和数学模型。为了
更好地研究密炼室内聚合物的流动情况，对密炼机混炼过程中的温度场、流场 进行分析，并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，本课题将运用有
中存在的问题；同时通过实验进行对比和完善，建立起符合生产实际的
物理、数学模型和混炼机理，这为进一步完善混炼理论打下了一个坚实 的基础。
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密炼机混炼过程中内部温度场、流场的模拟及实验——开题报告
2.1 国外的研究动态和水平
目前，关于密炼机温度场、流场的研究过去大多采用实物可视化技术进
行研究。1988年木瑞卡瓦、怀特和明等人利用可视化技术研究丁苯、丁腈
主要用于橡胶的塑炼及混炼。相对于开炼机来说，密炼机的密炼室是完全密
闭的，混炼过程中物料不会外泄，因而可避免混合物中添加剂的飞扬及损失， 并且可以加入液态添加剂。密炼室的密闭性有效地改善了工作环境，降低了
劳动强度，缩短了生产周期，提高了生产效率并为自动化技术的应用创造了
条件，因此它已经成为橡塑工业中最关键的混炼设备。因此，密炼机
以及温度场的分布情况，把所有影响到混炼胶质量的因素都纳入到可以控制
的手中来，进而改善和合理分配各种条件。有限元模拟所得到的结果包括密炼
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密炼机混炼过程中内部温度场、流场的模拟及实验——开题报告
室内胶料每一点的速度和压力，这是实验测量所无法完成的，通过对模
拟结果的分析，可以更好地改进转子构型和各种混炼工艺参数。大量的 文献资料证实，数值模拟方法是一个提高像密炼机等设备性能的有效工 具。这样把实验过程放在计算机上进行，以大大提高橡胶混炼的质量， 从而提高生产率。 本课题将对密炼机混炼过程中密炼室内的温度场和流场进行尝试性 的、系统性的模拟，并且建立起理想的数学模型，以解决日前实际生产
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密炼机混炼过程中内部温度场、流场的模拟及实验——开题报告
1.1 课题研究的背景
20世纪以来，随着高分子材料科学的发展以及人类社会对高分子材料的
大量需求，各种功能的高分子材料已在国民经济的各个领域得到了广泛的应
用，橡胶作为高分子材料的重要一员，其作用越来越显得重要，橡胶产业已 成为国民经济支柱性产业，其产品遍布社会的每个领域，同时橡胶又是非常 重要的战略物资。而橡胶混炼又是高分子材料加工研究领域的重要的工序之 一，自F.H.Banbury1916年发明密炼机以来，间歇式密炼机时至今日仍是橡 胶工业生产中的关键设备。 密炼机是在开炼机基础上发展和完善起来的一种高剪切间歇式混炼设备，
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密炼机混炼过程中内部温度场、流场的模拟及实验——开题报告
结构的改进和整体性能的提高成为橡胶行业追逐的目标。但是，众所周知，由
于密炼机对胶料的塑炼、混炼是在密闭的密炼室中进行的，人们无法直接观察 其内部的混炼情况，即物料在密炼室中的流动机理或流动情况，也无法判断密 炼室内部转子的运转情况，所以也就无法建立起完全正确的混炼理论和数学模 型，以及无法确定如何改进设备的整体性能才能更好的进行胶料的混炼。 但是，这样做由于简化了工艺条件，与实际的生产情况相差很大，所以就无法
密炼机混炼过程中内部温度场、流场的模拟及实验
——开题报告 指导老师：汪传生
Βιβλιοθήκη Baidu
姓
专
名：孙保忠
业：机械工程
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目

录
课题研究的背景和意义

课题国内外研究动态和水平
课题的研究目标、内容及存在的主要问题 课题的研究方案 课题研究预期达到的成果 工作计划及时间安排
但是在传统的设计中，许多参数的选择都是凭经验和一些理论确定，所设计 的部件的合理性要通过多次实验才能知道，整个机台设计完成以后仍需通过
多次的试制和修改来满足设计要求，这样不仅使设计的生产周期很长，而且
浪费了大量材料。同时由于聚合物熔体的变粘度特性，使得数学模型的建立 和分析计算也变得非常困难。 但是随着当今科学技术、计算机技术和计算方法的发展，有可能在变粘 度的前提下，研究聚合物熔体的速度场、压力场、温度场等流动特性，对传 统的经典理论重新进行探讨，探索与实际情况尽可能一致的模拟计算，真正 地把理论应用于实践，并且在设计阶段就可以模拟出物料的流动、分散情况
和丙烯类橡胶共混的相态结构和对混炼速率中相关因素的影响。在1991年 塞土阿和怀特又采用可视化技术来研究共混和混合期间共相溶剂的作用。 同时，明和苏（K.G.Suh）首次用可视化技术进行啮合型转子密炼机混炼弹 性体的流动模型和实验研究。1992年，明利用可视化技术来研究混炼过程 的分布混炼和分散混炼特性。日本的陶(Michiharc Toh)等人也在1992年利 用二维可视化技术研究采用六种不同构型的转子在混炼过程中的物料流动