第４０卷，第１０期
工程塑料应用
Ｖ０１．４０，Ｎｏ．１０
，，
２０１２年１０月
ＥＮＧＩＮＥＥＲｌＮＧＰＬＡＳＴＩＣＳＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
０ｃｔ．２０１２
～
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３５３９．２０１２．１０．００８
同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究舟
孙大鹏，朱向哲，程志飞，王阁
（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺１１３００１）
摘要：利用ＣＦＤ软件Ｐｏｌｙｆｌｏｗ对ｂａｎｂｕｒｙ转子和ｒｏｌｌｅｒ转子的两种密炼机内熔体流场进行二维数值模拟。利用粒子跟踪法对两种类型转子密炼机的分散混合性能、分布混合性能、线拉伸以及混合效率进行了统计和比较。结果表明，由于ｒｏｌｌｅｒ转子截面的棱数多于ｂａｎｂｕｒｙ转子，在相同周期内，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机对熔体的剪切与拉伸作用次数多于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机，因而提高了拉伸速率和剪切速率，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机具有较高的分散性和分布性混合效率。
关键词：同步转子密炼机；混合效率；数值模拟；粒子跟踪中图分类号：ＴＱ３２０．５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－３５３９（２０１２）１０－００３３．０５
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ
ＭｉｘｉｎｇＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｉｎＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＩｎｔｅｒｎａｌＭｉｘｅｒｓ
ＳｕｎＤａｐｅｎｇ，ＺｈｕＸｉａｎｇｚｈｅ，ＣｈｅｎｇＺｈｉｆｅｉ，Ｗａｎｇ
Ｇｅ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｓｈｔｍ
１１３００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｌｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒａｎｄｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｗａｓ２ＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＣＦＤ
ｐａｃｋａｇｅｐｏｌｙｆｌｏｗ．ＢｙｕｓｉｎｇｐａｎｉｃｌｅｔｒａｃｋｉｎｇｍｅＹｈｏｄ，ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｍｉｘｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｖｅｍｉｘｉｎｇ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｌｉｎｅ
ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇａｎｄｍｉｘｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｂｅｔｗｅｅｎｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｓａｎｄｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ
ａｓ
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ｍｏｒｅｅｄｇｅｓ
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ｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｓｔｈａｎｔｈａｔ
ｏｎ
ｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｓ，ｔｈｅｍｅｌｔｉｎｔｈｅｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｓｈａｒｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ
ｍｏｒｅｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ
ｎｕｍｂｅｒｏｆｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｓｏ，ｔｈｅｓｔｒｅｔｃｈ
ｒａｔｅ
ａｎｄｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅ
ｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒ，ｔｈｅｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｈａｄｍｏｒｅｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｖｅｍｉｘｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒ；ｍｉｘｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｐａｒｔｉｃｌｅｔｒａｃｋｉｎｇ
密炼机是聚合物混炼的基本设备。随着聚合转子密炼机端面的几何模型。
物工业的飞速发展，人们对密炼机混合性能的要求越来越高。密炼机转子是决定密炼机混合性能的决定性因素，其中转子端面形状、尤其是棱数的不同
◆◆▲▲
对同步转子密炼机的混炼效果有着很大的影响…。
（ａ）
（ｂ）
ｂａｎｂｕｒｙ转子和ｒｏｌｌｅｒ转子是目前广泛使用的两类
ａ－－ｂａｎｂｕｒｙ转子；ｂ—Ｔ０ｌｌｅｒ转子密炼机转子。由于ｒｏｌｌｅｒ转子和ｂａｎｂｕｒｙ转子的端图ｌ
两种转子密炼机端面的几何模型
面棱数不同，二者对于密炼机内熔体的混合效果也两种类型转子密炼机的几何尺寸如下：密炼会有所不同∽ｑＪ。笔者以聚合物流变学为基础，采室内径均为４０ｍｍ，左右两个转子的中心距为
用有限元法，利用ＣＦＤ软件ＰｏｌｙｉｉＯＷ对ｂａｎｂｕｒｙ转
４１
ｍｉｌｌ，转子顶端与密炼室内壁间隙为１ｍｍ。两
子密炼机和ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中的流场进行二维数转子的初始位置如图ｌ所示，两转子相向转动，转速值模拟，利用粒子跟踪法对两种类型转子密炼机的
为６０ｒ／ｍｉｎ。为了提高计算的收敛性，将模型的尖分散混合性能、分布混合性能、线拉伸以及混合效率角结构处理成平滑结构，并对混合区域进行局部细进行了统计计算和对比分析，从理论上证明了ｒｏｌｌｅｒ
化。应用ＧＡＭＢＩＴ网格生成软件分别对流道和转
转子密炼机的混合性能优于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。
ｌ理论模型・国家自然科学基金项目（５０９０３０４２）、辽宁省教育厅项目
１．１物理模型
（Ｌ２０１０２４９）
联系人：朱向哲，博士，主要从事聚合物加工数值模拟研究图ｌ所示分别为ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机与ｒｏｌｌｅｒ
收稿日期：２０１２．０８．１７
工程塑料应用２０１２年．第４０卷，第ｌＯ期
子进行网格划分，然后利用网格重叠技术将其组合，
大大减小了网格的划分难度；两种类型转子密炼机的有限元网格的密度相同，有限元模型如图２所示。图２ａ中有限元模型的网格数为１９１７０个，节点数为３９＝７０Ｑ个。图２ｂ中的网格数为２０４１８个，节点数为４２１８０个。
式中：Ｄ为形变速率张量，Ｑ为旋度速率张量。
枷器
㈡’
对于纯剪切流动，浪合指数的值为０．５；对于纯
拉伸流动，混合指数的值为１；对于纯旋转流动，混合指数的值为０。
ｙ的计算公式为：
（５）ｙ＝以瓦面
分离尺度是用来衡量混合效果的主要参数，是
［‘ｉＩ一：Ｌ“▲。▲▲一
醌苗Ｉ美城（ａ）
混合区域
（ｂ）
混合物中相同组分区域平均尺度的度量。其定义式
为：
ａ－－ｂａｎｂｕｒｙ转子；ｂ—ｆｏｌｌｅｒ转子图２两种转子密炼机的有限元模型
厶＝Ｚ‘尺（ＪｒＩ）ｄｌ，．Ｉ
∑（ｅ’一西・（ｅ”一西
（６）
１．２数学模型
假设流道内为非牛顿流体，等温流场。惯性力、
重力远小于流体粘滞力，可以忽略。流体为不可压缩流体，流体与壁面间无滑移。雷诺数比较小，可以近似为层流流动。在以上假设条件下流体流动的基
本方程为Ｈｏ：
’
式中，尺（｜ｒ｜）２￡Ｌ——瓦静－一。尺ｄｒｂ为浓
度相关系数，表示在任意时刻ｔ距离为，．有着相同浓度随机质点的概率，…为在任意时刻ｔ所取的一对随机质点之间的距离。Ｏ’，ｑ’分别表示第＿『对
质点中两个质点处的浓度，虿为所取质点的平均浓
连续方程为：
Ｖ．１，＝０
（１）
动量方程为：
Ｖ・丁一印＝０
张量；Ｐ为压力。
Ｃａｒｒｅａｕ—Ｙａｓｕｄａ黏度模型方程为：
（２）
度，Ｍ表示所取质点的总对数，Ｓ为浓度的标准差。
在二维流场中，流体与流体之间的边界是一条线。通过分析流体与流体之间的边界在流动过程中随时间与位置的变化情况，可以对混合过程做出
客观的评价。令ｘ＝ｚ（ｘ．ｆ）表示粒子的流动轨迹，Ｘ表示粒子在初始时刻的位置，ｘ表示同一粒子在ｔ时
式中：ｖ为哈密顿算子；ｖ为速度矢量；Ｔ为切应力
ｒ／＝ｒＬ＋（，７０一仉）【ｌ＋（Ｔｋ。）”］。
（３）
式中：，７为输入黏度，Ｐａ・ｓ；‰为极限剪切黏度，Ｐａ・Ｓ；‰为零剪切黏度，Ｐａ・Ｓ；），为剪切速率；ｋ为特
征松弛时间，Ｓ；ａ为Ｃａｒｒｅａｕ常数；玎为Ｃａｒｒｅａｕ指数。
刻的位置。流体之间的线拉伸可通过公式Ａ＝ｌ哆％刖来定量的统计。混合的瞬时效率计算公式为：
ｒ¨一；ｔ／２一洮蚝¨７
ｅｘ一面面严一面面严
笔者采用ＰＥ．ＨＤ熔体，其流体物性参数分别
为：１／。＝１００
Ｐａ・ｓ，ｒ／ｏ＝３５０Ｐａ・ｓ，ｋ＝－０．００２Ｓ，ａ＝０．５３，
式中：Ｄ为在ｔ时刻的形变速率张量，允为线拉伸Ａ
对时间ｔ的导数。混合效率的时间平均值定义式为：
（白）＝｝ｆ么疵
（８）
ｎ＝０．３５。求解过程中所采用的边界条件为：流体在密炼室内壁上的速度为零，转子外表面速度为
应用粒子示踪法来研究两种类型转子密炼机
坎ｒ）＝２丌Ｍ，其中Ⅳ为转子转速，ｒ为转子外表面与
转子中心轴的径向距离。２混合效率的评价方法
的混合效果。初始时刻在流场中任意分布２０００颗无体积、无质量的粒子，计算得到１００Ｓ的粒子运动轨迹。在此基础上，统计计算并生成了线拉伸，瞬时混合效率以及混合效率的时间平均值随时间的变化
曲线。据此来比较分析两种类型转子密炼机的混合性能。
根据分散混合理论，分散混合是通过剪切和拉伸作用使分散相粒度减小的过程。流场中剪切速率与拉伸速率越高，粒子所经历的最大剪切和拉伸作用的次数就越多，进而就更有利于熔体的混合。拉伸作用对分散混合过程的影响要大于剪切作用。混合指数（Ａ眦）用来评价分散混合效果，定义式为＂３：
３计算结果与分析
３．１速度场
图３为两种类型转子密炼机中熔体流动的速度
矢量图。从图中可以看到，ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机中
孙大鹏，等：同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究
３５
与ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中熔体移动的最大速度分别为
初始位置转过０。，３６０，１０８。时的混合指数分布图。
１２０．８２
ｍｍ／Ｓ和１２１．１５ｒｅａｌ／Ｓ，而转子棱峰上的
从图中可以看到，相对ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机来说，
最大线速度为１１９．４ｎＬｒｎ／ｓ。这是由于熔体受到了ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中流体混合指数处于Ｏ．７～１之间
转子的挤压，在棱的前后两侧存在压力梯度，这有利的分布面积更大。这说明ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中的物于对熔体睁剪切和拉伸作用，进而提高分散混合效
料粒子经历的拉伸作用更强。拉伸流动比剪切流动率。而且ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中熔体移动的最大速度更有利于密炼机物料的混合。此外，在两类转子密
高于ｂａｎｂｕｒｙ密炼机中熔体的最大移动速度。此外，炼机中靠近转子的壁面存在流动死区，因此出现了
ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机混合区中两转子之间的物料交换混合指数很小的蓝色区域。
比ｂａｎｂｕｒｙ转子更加频繁，表明ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的
分散混合效率更高。
～‘”
，‘、・’‘、
ｊ－
（ａ）（ｂ）（ｃ）
ａｍＯ。：ｂ－－－－３６。：ｃ—１０８。
图６两种转子在相对初始位置０。。３６。，１０８０时的混合指数分布图
图７所示分别为ｂａｎｂｕｒｙ转子与ｒｏｌｌｅｒ转子在相对于初始位置０。，３６０，１０８。时的ｙ分布图。从图
中可以观察到，两类转子密炼机中熔体所经历的最
大剪切速率均分布在转子的棱峰处。由于ｒｏｌｌｅｒ转
３．２粒子分布图
子的棱数要多于ｂａｎｂｕｒｙ转子，任意时刻的ｒｏｌｌｅｒ转在两种密炼机的“混合区域”释放２０００个粒子，子密炼机流场中经历最大剪切速率的粒子数要多于初始位置如图４所示，经过一定的混合时间可以观
ｂａｎｂｕｒｙ密炼机。以上两种分析结果均说明ｒｏｌｌｅｒ察到粒子在整个流道中的分布情况。图５所示分别
转子密炼机的分散混合性能更好。
为转子旋转２圈、３圈、５圈之后的粒子分布图。图
“，、
＋Ｌ
一
‘
一
，、
＿
中显示，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的混合区域中的粒子出现、、，’‘，，；
‘、２
一，
明显的折回现象，使混合区物料能够产生拉伸和折
０、；：：＿＋ｊ：一
＿
叠，有利于熔体在混合区域的混合，而ｂａｎｂｕｒｙ转子（ａ）（ｂ）（ｃ）
密炼机的混合区域却不存在此现象；此外，两种转ａ－－Ｏ。：ｂ－－３６。：ｃ—１０８。
子旋转５圈后，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的粒子分部更加均
图７两种转子在相对于初始位置０。．３６。．１０８。时的ｙ分布图
匀；这进一步说明了ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的混合效果
３．４分离尺度
要好于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。
图８为两种转子密炼机流道中粒子的分离尺◎⑧＠固
度。在初始时刻，粒子的释放方式如图９ａ所示。由于ｒｏｌｌｅｒ转子的截面积要小于ｂａｎｂｕｒｙ转子的截面
积，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机内流体所占的空间更大，使得ａ－－ｂ眦ｂｕｒｙ转子；ｂ—Ｔｏｌｌｅｒ转子
在初始时刻，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中粒子的分离尺度
大于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机中粒子的分离尺度，如图８所示。在转子旋转３ｓ之后，两种类型转子密炼机的分离尺度基本相同。但是，从图９ｂ中转子旋转５（ａ）
（ｂ）
（Ｃ）
圈之后的粒子分情况来看，ｂａｎｂｕｒｙ密炼机中的粒ａ－２圈；卜３圈；ｒ５圈
子的“分层”情况比较明显。图９ｃ显示，转子旋转图５转子旋转不同圈数之后的粒子分布图
１０圈之后，ｂａｎｂｕｒｙ密炼机流场中粒子的聚集情仍３．３混合指数和剪切速率
十分明显。而ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中的粒子分布比较
图６给出了ｂａｎｂｕｒｙ转子和ｒｏｌｌｅｒ转子相对于
均匀。这说明ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的分布混合性能要
３６
工程塑料应用２０１２年．第４０卷，第１０期
优于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。
出现了负值，这说明有压缩的情况存在，不利于密炼
机物料的混合。
图１２所示为瞬时混合效率随时间的变化曲线。
从图中可以看出ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的瞬时效率在０．０６附近波动，而ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机的瞬时效率
在０．０２５附近波动，因此ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机具有较高
的瞬时混合效率。此外，图１２中ｂａｎｂｕｒｙ密炼机的
时间／８
瞬时效率曲线中出现了负值，这说明出现了类似于
∞ｏｏｏｏ图８分离尺度时间变化曲线
图９中的粒子压缩现象。
霞警芝》歹’影、箩飞扩飞
飞妁∥’蒌娶矿、磁旷、趣雾％矿、薯％注∥ｉ卿
戮｛２ｌ燮鹫琴卿嚣霉瓣鞲
（ａ）
（ｂ）
（ｃ）
ａ一初始时刻；ｂ一５圈；ｃ—１０圈图９转子旋转不同圈数之后的浓度粒子图
龇血“汹血出础
３．５线拉伸与混合效率
ｌＯ
２０
３０
４【）５０
６０
７０
８０
９０
１６０
时间／Ｓ
图１０给出了平均线拉伸随时间变化的曲线。
…一ｒｏｕｅｒ转子；一一ｈＭｂｕｒｙ转子
从图中可以看出ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机魄线拉伸要明
图１２瞬时混合效率曲线
显高于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。在转子运动７０Ｓ时，图１３所示为混合效率的时间平均值随时间的
ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的线拉伸高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼
变化曲线。从图中可以看出，ｍｉｌｅｒ转子密炼机的机线拉伸２８．６％。随着混合时间的增加，ｒｏｌｌｅｒ转子
效率时间平均值曲线高于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机的效
密炼机线拉伸进一步提高，当混合时间增加到１００
Ｓ
率时间平均值曲线。混合时间为７０ｓ时，ｒｏｌｌｅｒ转时，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的线拉伸高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密
子密炼机的效率时间平均值高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼炼机线拉伸３１．８％。
机的效率时间平均值５１％，混合时间达到１００ｓ时，
ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机的效率
时间平均值则达到５６．２％。
篓０１４
≈Ⅱ
要０ｌｏ
斗
厘０．０６
时间／ｓ
图１０两种转子线拉伸曲线比较
０．０２
图１１为转子旋转１０圈之后的两种转子密炼机Ｕ
２Ｕ
４０６０踟Ｉ删
时间／ｓ
的粒子线拉伸指数分布图。
图１３混合效率时间平均值曲线
ｉ～Ｍ’
４结论
（１）由于ｒｏｌｌｅｒ转子端面的棱数多于ｂａｎｂｕｒｙ
ｒ
转子，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机流场中经历最大剪切速率的（ａ）
（ｂ）
粒子数要多于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。ｒｏｌｌｅｒ转子密ａ－－ｂａｎｂｕｒｙ转子；ｂ—ｆｏｌｌｅｒ转子
炼机混合区域中两转子之间的物料流动速度较快、
图１１转子旋转１０圈之后的粒子线拉伸指数分布图
物料交换比ｂａｎｂｕｒｙ转子更加频繁，同时，ｒｏｌｌｅｒ转从图中可以看到，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中粒子所
子密炼机中流体混合指数在０．７。１之间的分布面
经受的线拉伸很高而且分布比较均匀。相反，在积更大。因此，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机比ｂａｎｂｕｒｙ转子密
ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机当中混合区域以及转子边缘都
炼机具有更高的分散混合效率。
孙大鹏，等：同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究
３７
（２）从粒子的分情况来看，ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机中的粒子的“分层”和聚集情况比较明显。在ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机当中混合区域以及转子边缘都有物料粒子的压缩现象出现，不利于密炼机对物料的混合。？ｏｉｌｅｒ转子密炼机的混合区域中的粒子出现明显的折回现象，使混合区物料能够产生拉伸和
混炼段相似放大研究探讨［Ｊ］．工程塑料应用，２０１２，４０（３）：
５７—６１．
［２］刘晓鸣，谢林生，马玉录，等・双孳子连续混炼机混炼段分散混合
效率的研究［Ｊ］．工程塑料应用，２００６，３５（５）：６４＿６８．［３］Ｓａｌａｈｕｄｅｅｎ
ＳＡ，ＥｌｌｅｉｔｈｙＲＨ，ＡｌＯｔｈｍａｎＯ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ
ａｓ
ｓｔｕｄｙｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｂａｔｃｈｍｉｘｅｒｓｕｃｈ
ｃａｍ，ｂａｎｂｕｒｙａｎｄｒｏｌｌｅｒ：
折叠，有利于熔体在混合区域的混合。此外，ｒｏｌｌｅｒ
转子密炼机中的粒子分布比较均匀且所经受的线拉伸较大。ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的分布混合性能优于ｂａｎｂｕｒｙ转予密炼机。
（３）和ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机相比，ｒｏｌｌｅｒ转子密
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｖｅｆｉｆｉｃｍｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１，６６（１２）：２５０２—２５１１．
ＪＬ．２．Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｉｎｇｌｅ—ｓｃｒｅｗｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｉｘｅｒ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
［４］ＣｏｒｍｅｌｌｙＲＫ，Ｋｏｋｉｎｉ
ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｆｌｕｉｄｓｉｎｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ
ａ
ＦＥＭ
ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］Ａｄｖａｎｃｅｓ
ｉｎ
Ｐｏｌｙｍｅｒ
炼机具有更高的瞬时混合效率和平均时间混合效
率，因此，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机具有更高的混合效率。
参考文献
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ａ
ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆ
ＺＳＫ一５３ＣＯ－ｒｏｔａｔｉｎｇｔｗｉｎ
ｓｃｒｅｗ
ｅｘｔｒｕｄｅｒ［Ｊ］．
ＰｏｌｙｍｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２００４，３８（６）：６２６－１６３５．
朗盛推出全新的ＵＰ产品系列
德国特殊化学品集团朗盛日前推出全新的ｕＰ（装饰用皮革）产品系列，满足众多装具用皮革生产商的需求。在装具皮革领域，对于外观和质感的要求干差万别，因此涂饰产品必须配方简便、易于操作，使皮革生产商无需复杂繁复的流程，即可满足每位客户的不同需求。
朗盛的创新ＵＰ系列完全满足皮革生产商的这个要求：产品秉承了“简单即美”原则，仅由两个Ｅｕｄｅｒｍ底涂产品、四个Ｂａｙｄｅｒｍ产品系列的不同顶涂产品组成，同时配以
ＡｑｕａｄｅｒｍＸ—ＳｈｉｅｌｄＵＰ—Ｌ。Ａｑｕａｄｅｒｍｘ．ＳｈｉｅｌｄＵＰ—Ｌ是一种
低了配方混淆或不准确的风险。
所有ＵＰ系列产品均不含甲基吡咯烷酮，符合技术和法规要求。该系列产品使用简单，性能环保，同时具备了卓越的兼容性，为可持续皮革生产做出重要贡献。（ＰＵＷＯＲＬＤ）
轨道车辆安全新标实施在即，ＳＡＢＩＣ再添两新品
由于轨道车辆内饰材料泛欧防火阻燃安全标准即将实施，目前，ＳＡＢＩＣ创新塑料业务部再次拓展了其高性能材料解决方案产品系列，为业已丰富的产品组合再添两款新型ＬＥＸＡＮＴＭ板材产品。
ＳＡＢＩＣ
ＬＥＸＡＮＴＭ板材产品，包含半透明和不透明两
基于含氟聚合物的防污剂，尤其适用于容易沾污的浅色调皮革。大量测试结果表明，上述产品具备了出色的相互兼容性。
底涂产品Ｅｕｄｅｒｍ
Ｃｏｍｐａｃｔ
类材质，可用于轨道车辆内饰。
这两款新型产品分别是：ＬＥＸＡＮＨ６５００板材（一种新型聚碳酸酯／丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物（ＰＣ／ＡＢＳ）板材）和ＬＥＸＡＮＨ６２００板材（一种符合德国ＤＩＮ标准的新
型板材）。
ＵＰ—ＳＣ是一款多用途产品，
尤其适用于全粒面皮革：而另一款基于丙烯酸的底涂产品
ＥｕｄｅｒｍＣｏｍｐａｃｔ
ＵＰ－Ｅ则是修面革或压花革的不二之选。
特别研发的四款创新顶涂产品性能卓越，可以根据需求，精确地调整光泽度和表面质感。朗盛皮革业务部全球涂饰产品管理负责人ＢｉａｎｃａＶｅｒｓｔｅｇｅｎ在介绍全新的组合顶涂系统时说：“这些产品使用起来极其简单。从前常常需要将多达ｌＯ种成份混合在一起，如今，这一切都成为了历史。”
提到这些顶涂产品，首先是基于丙烯酸的Ｂａｙｄｅｒｍ
Ｆｉｎｉｓｈ
这两款潜心研发的产品采用了先进的非氯化非溴化阻燃剂技术，可帮助轨道交通客户满足日益增长的增强可持续性及对先进热塑性材料的需求，并有助于轨道车辆内饰产品的设计与开发。
ＬＥＸＡＮＨ６５００板材是一种不透明、实心、低光泽的ＰＣ／ＡＢＳ材料，可满足轨道车辆侧壁、桌子和座椅对于高刚度的需求。该材料采用了非氯化和非溴化的产品技术，环保阻燃性能满足《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》（ＲｏｌｌＳ）的相关要求。除了符合ＣＥＮ／ＴＳ４５５４５标准的Ｒ６（座椅）要求外，ＬＥＸＡＮＨ６５００板材还符合包括法国ＮＦＦｌ６—１０１标准的Ｍ１Ｆ１等级（厚度为２～４ｍｍ时）在内的现行欧洲标准。
ＬＥＸＡＮＨ６２００板材不仅符合德国ＤＩＮ５５１０标准，而且具有良好的着色陛能，相比于标准ＰＣ材料，它可在较低温度下具备极佳的热成型性能。
（中国塑料橡胶网）
ＵＰ，可以赋予皮革哑光表面效果和中性的表面手感。
ＦｉｎｉｓｈＵＰ—Ｇ可逐
适当添加基于聚氨酯／丙烯酸的Ｂａｙｄｅｒｍ步增加光泽度。而添加Ｂａｙｄｅｒｍ丙烯酸的Ｂａｙｄｅｒｍ
Ｆｉｎｉｓｈ
Ｆｉｎｉｓｈ
ＵＰ．Ｗ聚氨酯类产品，
则能赋予涂层更高物性、蜡感的表面手感。基于聚亚安酯／
ＵＰ．ＷＧ能使顶涂的光泽度更高，
并呈现温暖、更多蜡感。Ｖｅｒｓｔｅｇｅｎ深信：“有了这四款产品，我们的客户无需使用任何其他添加剂，就能根据需求调整装饰用皮革的光泽度和表面质感。”使用更少种类的成份和简单的配方能够使库存变得简单，从而削减仓储成本，同时降
同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
孙大鹏， 朱向哲， 程志飞， 王阁， Sun Dapeng， Zhu Xiangzhe， Cheng Zhifei， Wang Ge辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺,113001工程塑料应用
Engineering Plastics Application2012,40(10)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gcslyy201210008.aspx
第４０卷，第１０期
工程塑料应用
Ｖ０１．４０，Ｎｏ．１０
，，
２０１２年１０月
ＥＮＧＩＮＥＥＲｌＮＧＰＬＡＳＴＩＣＳＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
０ｃｔ．２０１２
～
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３５３９．２０１２．１０．００８
同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究舟
孙大鹏，朱向哲，程志飞，王阁
（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺１１３００１）
摘要：利用ＣＦＤ软件Ｐｏｌｙｆｌｏｗ对ｂａｎｂｕｒｙ转子和ｒｏｌｌｅｒ转子的两种密炼机内熔体流场进行二维数值模拟。利用粒子跟踪法对两种类型转子密炼机的分散混合性能、分布混合性能、线拉伸以及混合效率进行了统计和比较。结果表明，由于ｒｏｌｌｅｒ转子截面的棱数多于ｂａｎｂｕｒｙ转子，在相同周期内，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机对熔体的剪切与拉伸作用次数多于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机，因而提高了拉伸速率和剪切速率，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机具有较高的分散性和分布性混合效率。
关键词：同步转子密炼机；混合效率；数值模拟；粒子跟踪中图分类号：ＴＱ３２０．５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－３５３９（２０１２）１０－００３３．０５
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ
ＭｉｘｉｎｇＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ｉｎＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＩｎｔｅｒｎａｌＭｉｘｅｒｓ
ＳｕｎＤａｐｅｎｇ，ＺｈｕＸｉａｎｇｚｈｅ，ＣｈｅｎｇＺｈｉｆｅｉ，Ｗａｎｇ
Ｇｅ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｓｈｔｍ
１１３００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｌｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒａｎｄｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｗａｓ２ＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＣＦＤ
ｐａｃｋａｇｅｐｏｌｙｆｌｏｗ．ＢｙｕｓｉｎｇｐａｎｉｃｌｅｔｒａｃｋｉｎｇｍｅＹｈｏｄ，ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｍｉｘｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｖｅｍｉｘｉｎｇ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｌｉｎｅ
ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇａｎｄｍｉｘｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｂｅｔｗｅｅｎｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｓａｎｄｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ
ａｓ
ｔｈｅｒｅ
ｗｅｒｅ
ｍｏｒｅｅｄｇｅｓ
ｏｎ
ｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｓｔｈａｎｔｈａｔ
ｏｎ
ｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｓ，ｔｈｅｍｅｌｔｉｎｔｈｅｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｓｈａｒｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ
ｍｏｒｅｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ
ｎｕｍｂｅｒｏｆｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｓｏ，ｔｈｅｓｔｒｅｔｃｈ
ｒａｔｅ
ａｎｄｓｈｅａｒｒａｔｅｉｎｔｈｅ
ｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒ，ｔｈｅｒｏｌｌｅｒｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒｈａｄｍｏｒｅｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｖｅｍｉｘｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｂａｎｂｕｒｙｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｔｏｒｍｉｘｅｒ；ｍｉｘｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｐａｒｔｉｃｌｅｔｒａｃｋｉｎｇ
密炼机是聚合物混炼的基本设备。随着聚合转子密炼机端面的几何模型。
物工业的飞速发展，人们对密炼机混合性能的要求越来越高。密炼机转子是决定密炼机混合性能的决定性因素，其中转子端面形状、尤其是棱数的不同
◆◆▲▲
对同步转子密炼机的混炼效果有着很大的影响…。
（ａ）
（ｂ）
ｂａｎｂｕｒｙ转子和ｒｏｌｌｅｒ转子是目前广泛使用的两类
ａ－－ｂａｎｂｕｒｙ转子；ｂ—Ｔ０ｌｌｅｒ转子密炼机转子。由于ｒｏｌｌｅｒ转子和ｂａｎｂｕｒｙ转子的端图ｌ
两种转子密炼机端面的几何模型
面棱数不同，二者对于密炼机内熔体的混合效果也两种类型转子密炼机的几何尺寸如下：密炼会有所不同∽ｑＪ。笔者以聚合物流变学为基础，采室内径均为４０ｍｍ，左右两个转子的中心距为
用有限元法，利用ＣＦＤ软件ＰｏｌｙｉｉＯＷ对ｂａｎｂｕｒｙ转
４１
ｍｉｌｌ，转子顶端与密炼室内壁间隙为１ｍｍ。两
子密炼机和ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中的流场进行二维数转子的初始位置如图ｌ所示，两转子相向转动，转速值模拟，利用粒子跟踪法对两种类型转子密炼机的
为６０ｒ／ｍｉｎ。为了提高计算的收敛性，将模型的尖分散混合性能、分布混合性能、线拉伸以及混合效率角结构处理成平滑结构，并对混合区域进行局部细进行了统计计算和对比分析，从理论上证明了ｒｏｌｌｅｒ
化。应用ＧＡＭＢＩＴ网格生成软件分别对流道和转
转子密炼机的混合性能优于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。
ｌ理论模型・国家自然科学基金项目（５０９０３０４２）、辽宁省教育厅项目
１．１物理模型
（Ｌ２０１０２４９）
联系人：朱向哲，博士，主要从事聚合物加工数值模拟研究图ｌ所示分别为ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机与ｒｏｌｌｅｒ
收稿日期：２０１２．０８．１７
工程塑料应用２０１２年．第４０卷，第ｌＯ期
子进行网格划分，然后利用网格重叠技术将其组合，
大大减小了网格的划分难度；两种类型转子密炼机的有限元网格的密度相同，有限元模型如图２所示。图２ａ中有限元模型的网格数为１９１７０个，节点数为３９＝７０Ｑ个。图２ｂ中的网格数为２０４１８个，节点数为４２１８０个。
式中：Ｄ为形变速率张量，Ｑ为旋度速率张量。
枷器
㈡’
对于纯剪切流动，浪合指数的值为０．５；对于纯
拉伸流动，混合指数的值为１；对于纯旋转流动，混合指数的值为０。
ｙ的计算公式为：
（５）ｙ＝以瓦面
分离尺度是用来衡量混合效果的主要参数，是
［‘ｉＩ一：Ｌ“▲。▲▲一
醌苗Ｉ美城（ａ）
混合区域
（ｂ）
混合物中相同组分区域平均尺度的度量。其定义式
为：
ａ－－ｂａｎｂｕｒｙ转子；ｂ—ｆｏｌｌｅｒ转子图２两种转子密炼机的有限元模型
厶＝Ｚ‘尺（ＪｒＩ）ｄｌ，．Ｉ
∑（ｅ’一西・（ｅ”一西
（６）
１．２数学模型
假设流道内为非牛顿流体，等温流场。惯性力、
重力远小于流体粘滞力，可以忽略。流体为不可压缩流体，流体与壁面间无滑移。雷诺数比较小，可以近似为层流流动。在以上假设条件下流体流动的基
本方程为Ｈｏ：
’
式中，尺（｜ｒ｜）２￡Ｌ——瓦静－一。尺ｄｒｂ为浓
度相关系数，表示在任意时刻ｔ距离为，．有着相同浓度随机质点的概率，…为在任意时刻ｔ所取的一对随机质点之间的距离。Ｏ’，ｑ’分别表示第＿『对
质点中两个质点处的浓度，虿为所取质点的平均浓
连续方程为：
Ｖ．１，＝０
（１）
动量方程为：
Ｖ・丁一印＝０
张量；Ｐ为压力。
Ｃａｒｒｅａｕ—Ｙａｓｕｄａ黏度模型方程为：
（２）
度，Ｍ表示所取质点的总对数，Ｓ为浓度的标准差。
在二维流场中，流体与流体之间的边界是一条线。通过分析流体与流体之间的边界在流动过程中随时间与位置的变化情况，可以对混合过程做出
客观的评价。令ｘ＝ｚ（ｘ．ｆ）表示粒子的流动轨迹，Ｘ表示粒子在初始时刻的位置，ｘ表示同一粒子在ｔ时
式中：ｖ为哈密顿算子；ｖ为速度矢量；Ｔ为切应力
ｒ／＝ｒＬ＋（，７０一仉）【ｌ＋（Ｔｋ。）”］。
（３）
式中：，７为输入黏度，Ｐａ・ｓ；‰为极限剪切黏度，Ｐａ・Ｓ；‰为零剪切黏度，Ｐａ・Ｓ；），为剪切速率；ｋ为特
征松弛时间，Ｓ；ａ为Ｃａｒｒｅａｕ常数；玎为Ｃａｒｒｅａｕ指数。
刻的位置。流体之间的线拉伸可通过公式Ａ＝ｌ哆％刖来定量的统计。混合的瞬时效率计算公式为：
ｒ¨一；ｔ／２一洮蚝¨７
ｅｘ一面面严一面面严
笔者采用ＰＥ．ＨＤ熔体，其流体物性参数分别
为：１／。＝１００
Ｐａ・ｓ，ｒ／ｏ＝３５０Ｐａ・ｓ，ｋ＝－０．００２Ｓ，ａ＝０．５３，
式中：Ｄ为在ｔ时刻的形变速率张量，允为线拉伸Ａ
对时间ｔ的导数。混合效率的时间平均值定义式为：
（白）＝｝ｆ么疵
（８）
ｎ＝０．３５。求解过程中所采用的边界条件为：流体在密炼室内壁上的速度为零，转子外表面速度为
应用粒子示踪法来研究两种类型转子密炼机
坎ｒ）＝２丌Ｍ，其中Ⅳ为转子转速，ｒ为转子外表面与
转子中心轴的径向距离。２混合效率的评价方法
的混合效果。初始时刻在流场中任意分布２０００颗无体积、无质量的粒子，计算得到１００Ｓ的粒子运动轨迹。在此基础上，统计计算并生成了线拉伸，瞬时混合效率以及混合效率的时间平均值随时间的变化
曲线。据此来比较分析两种类型转子密炼机的混合性能。
根据分散混合理论，分散混合是通过剪切和拉伸作用使分散相粒度减小的过程。流场中剪切速率与拉伸速率越高，粒子所经历的最大剪切和拉伸作用的次数就越多，进而就更有利于熔体的混合。拉伸作用对分散混合过程的影响要大于剪切作用。混合指数（Ａ眦）用来评价分散混合效果，定义式为＂３：
３计算结果与分析
３．１速度场
图３为两种类型转子密炼机中熔体流动的速度
矢量图。从图中可以看到，ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机中
孙大鹏，等：同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究
３５
与ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中熔体移动的最大速度分别为
初始位置转过０。，３６０，１０８。时的混合指数分布图。
１２０．８２
ｍｍ／Ｓ和１２１．１５ｒｅａｌ／Ｓ，而转子棱峰上的
从图中可以看到，相对ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机来说，
最大线速度为１１９．４ｎＬｒｎ／ｓ。这是由于熔体受到了ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中流体混合指数处于Ｏ．７～１之间
转子的挤压，在棱的前后两侧存在压力梯度，这有利的分布面积更大。这说明ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中的物于对熔体睁剪切和拉伸作用，进而提高分散混合效
料粒子经历的拉伸作用更强。拉伸流动比剪切流动率。而且ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中熔体移动的最大速度更有利于密炼机物料的混合。此外，在两类转子密
高于ｂａｎｂｕｒｙ密炼机中熔体的最大移动速度。此外，炼机中靠近转子的壁面存在流动死区，因此出现了
ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机混合区中两转子之间的物料交换混合指数很小的蓝色区域。
比ｂａｎｂｕｒｙ转子更加频繁，表明ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的
分散混合效率更高。
～‘”
，‘、・’‘、
ｊ－
（ａ）（ｂ）（ｃ）
ａｍＯ。：ｂ－－－－３６。：ｃ—１０８。
图６两种转子在相对初始位置０。。３６。，１０８０时的混合指数分布图
图７所示分别为ｂａｎｂｕｒｙ转子与ｒｏｌｌｅｒ转子在相对于初始位置０。，３６０，１０８。时的ｙ分布图。从图
中可以观察到，两类转子密炼机中熔体所经历的最
大剪切速率均分布在转子的棱峰处。由于ｒｏｌｌｅｒ转
３．２粒子分布图
子的棱数要多于ｂａｎｂｕｒｙ转子，任意时刻的ｒｏｌｌｅｒ转在两种密炼机的“混合区域”释放２０００个粒子，子密炼机流场中经历最大剪切速率的粒子数要多于初始位置如图４所示，经过一定的混合时间可以观
ｂａｎｂｕｒｙ密炼机。以上两种分析结果均说明ｒｏｌｌｅｒ察到粒子在整个流道中的分布情况。图５所示分别
转子密炼机的分散混合性能更好。
为转子旋转２圈、３圈、５圈之后的粒子分布图。图
“，、
＋Ｌ
一
‘
一
，、
＿
中显示，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的混合区域中的粒子出现、、，’‘，，；
‘、２
一，
明显的折回现象，使混合区物料能够产生拉伸和折
０、；：：＿＋ｊ：一
＿
叠，有利于熔体在混合区域的混合，而ｂａｎｂｕｒｙ转子（ａ）（ｂ）（ｃ）
密炼机的混合区域却不存在此现象；此外，两种转ａ－－Ｏ。：ｂ－－３６。：ｃ—１０８。
子旋转５圈后，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的粒子分部更加均
图７两种转子在相对于初始位置０。．３６。．１０８。时的ｙ分布图
匀；这进一步说明了ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的混合效果
３．４分离尺度
要好于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。
图８为两种转子密炼机流道中粒子的分离尺◎⑧＠固
度。在初始时刻，粒子的释放方式如图９ａ所示。由于ｒｏｌｌｅｒ转子的截面积要小于ｂａｎｂｕｒｙ转子的截面
积，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机内流体所占的空间更大，使得ａ－－ｂ眦ｂｕｒｙ转子；ｂ—Ｔｏｌｌｅｒ转子
在初始时刻，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中粒子的分离尺度
大于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机中粒子的分离尺度，如图８所示。在转子旋转３ｓ之后，两种类型转子密炼机的分离尺度基本相同。但是，从图９ｂ中转子旋转５（ａ）
（ｂ）
（Ｃ）
圈之后的粒子分情况来看，ｂａｎｂｕｒｙ密炼机中的粒ａ－２圈；卜３圈；ｒ５圈
子的“分层”情况比较明显。图９ｃ显示，转子旋转图５转子旋转不同圈数之后的粒子分布图
１０圈之后，ｂａｎｂｕｒｙ密炼机流场中粒子的聚集情仍３．３混合指数和剪切速率
十分明显。而ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中的粒子分布比较
图６给出了ｂａｎｂｕｒｙ转子和ｒｏｌｌｅｒ转子相对于
均匀。这说明ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的分布混合性能要
３６
工程塑料应用２０１２年．第４０卷，第１０期
优于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。
出现了负值，这说明有压缩的情况存在，不利于密炼
机物料的混合。
图１２所示为瞬时混合效率随时间的变化曲线。
从图中可以看出ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的瞬时效率在０．０６附近波动，而ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机的瞬时效率
在０．０２５附近波动，因此ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机具有较高
的瞬时混合效率。此外，图１２中ｂａｎｂｕｒｙ密炼机的
时间／８
瞬时效率曲线中出现了负值，这说明出现了类似于
∞ｏｏｏｏ图８分离尺度时间变化曲线
图９中的粒子压缩现象。
霞警芝》歹’影、箩飞扩飞
飞妁∥’蒌娶矿、磁旷、趣雾％矿、薯％注∥ｉ卿
戮｛２ｌ燮鹫琴卿嚣霉瓣鞲
（ａ）
（ｂ）
（ｃ）
ａ一初始时刻；ｂ一５圈；ｃ—１０圈图９转子旋转不同圈数之后的浓度粒子图
龇血“汹血出础
３．５线拉伸与混合效率
ｌＯ
２０
３０
４【）５０
６０
７０
８０
９０
１６０
时间／Ｓ
图１０给出了平均线拉伸随时间变化的曲线。
…一ｒｏｕｅｒ转子；一一ｈＭｂｕｒｙ转子
从图中可以看出ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机魄线拉伸要明
图１２瞬时混合效率曲线
显高于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。在转子运动７０Ｓ时，图１３所示为混合效率的时间平均值随时间的
ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的线拉伸高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼
变化曲线。从图中可以看出，ｍｉｌｅｒ转子密炼机的机线拉伸２８．６％。随着混合时间的增加，ｒｏｌｌｅｒ转子
效率时间平均值曲线高于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机的效
密炼机线拉伸进一步提高，当混合时间增加到１００
Ｓ
率时间平均值曲线。混合时间为７０ｓ时，ｒｏｌｌｅｒ转时，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的线拉伸高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密
子密炼机的效率时间平均值高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼炼机线拉伸３１．８％。
机的效率时间平均值５１％，混合时间达到１００ｓ时，
ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机高出ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机的效率
时间平均值则达到５６．２％。
篓０１４
≈Ⅱ
要０ｌｏ
斗
厘０．０６
时间／ｓ
图１０两种转子线拉伸曲线比较
０．０２
图１１为转子旋转１０圈之后的两种转子密炼机Ｕ
２Ｕ
４０６０踟Ｉ删
时间／ｓ
的粒子线拉伸指数分布图。
图１３混合效率时间平均值曲线
ｉ～Ｍ’
４结论
（１）由于ｒｏｌｌｅｒ转子端面的棱数多于ｂａｎｂｕｒｙ
ｒ
转子，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机流场中经历最大剪切速率的（ａ）
（ｂ）
粒子数要多于ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机。ｒｏｌｌｅｒ转子密ａ－－ｂａｎｂｕｒｙ转子；ｂ—ｆｏｌｌｅｒ转子
炼机混合区域中两转子之间的物料流动速度较快、
图１１转子旋转１０圈之后的粒子线拉伸指数分布图
物料交换比ｂａｎｂｕｒｙ转子更加频繁，同时，ｒｏｌｌｅｒ转从图中可以看到，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机中粒子所
子密炼机中流体混合指数在０．７。１之间的分布面
经受的线拉伸很高而且分布比较均匀。相反，在积更大。因此，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机比ｂａｎｂｕｒｙ转子密
ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机当中混合区域以及转子边缘都
炼机具有更高的分散混合效率。
孙大鹏，等：同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究
３７
（２）从粒子的分情况来看，ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机中的粒子的“分层”和聚集情况比较明显。在ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机当中混合区域以及转子边缘都有物料粒子的压缩现象出现，不利于密炼机对物料的混合。？ｏｉｌｅｒ转子密炼机的混合区域中的粒子出现明显的折回现象，使混合区物料能够产生拉伸和
混炼段相似放大研究探讨［Ｊ］．工程塑料应用，２０１２，４０（３）：
５７—６１．
［２］刘晓鸣，谢林生，马玉录，等・双孳子连续混炼机混炼段分散混合
效率的研究［Ｊ］．工程塑料应用，２００６，３５（５）：６４＿６８．［３］Ｓａｌａｈｕｄｅｅｎ
ＳＡ，ＥｌｌｅｉｔｈｙＲＨ，ＡｌＯｔｈｍａｎＯ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ
ａｓ
ｓｔｕｄｙｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｂａｔｃｈｍｉｘｅｒｓｕｃｈ
ｃａｍ，ｂａｎｂｕｒｙａｎｄｒｏｌｌｅｒ：
折叠，有利于熔体在混合区域的混合。此外，ｒｏｌｌｅｒ
转子密炼机中的粒子分布比较均匀且所经受的线拉伸较大。ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机的分布混合性能优于ｂａｎｂｕｒｙ转予密炼机。
（３）和ｂａｎｂｕｒｙ转子密炼机相比，ｒｏｌｌｅｒ转子密
ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｖｅｆｉｆｉｃｍｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１，６６（１２）：２５０２—２５１１．
ＪＬ．２．Ｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｉｎｇｌｅ—ｓｃｒｅｗｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｉｘｅｒ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
［４］ＣｏｒｍｅｌｌｙＲＫ，Ｋｏｋｉｎｉ
ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｆｌｕｉｄｓｉｎｏｆｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ
ａ
ＦＥＭ
ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］Ａｄｖａｎｃｅｓ
ｉｎ
Ｐｏｌｙｍｅｒ
炼机具有更高的瞬时混合效率和平均时间混合效
率，因此，ｒｏｌｌｅｒ转子密炼机具有更高的混合效率。
参考文献
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ａ
ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆ
ＺＳＫ一５３ＣＯ－ｒｏｔａｔｉｎｇｔｗｉｎ
ｓｃｒｅｗ
ｅｘｔｒｕｄｅｒ［Ｊ］．
ＰｏｌｙｍｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２００４，３８（６）：６２６－１６３５．
朗盛推出全新的ＵＰ产品系列
德国特殊化学品集团朗盛日前推出全新的ｕＰ（装饰用皮革）产品系列，满足众多装具用皮革生产商的需求。在装具皮革领域，对于外观和质感的要求干差万别，因此涂饰产品必须配方简便、易于操作，使皮革生产商无需复杂繁复的流程，即可满足每位客户的不同需求。
朗盛的创新ＵＰ系列完全满足皮革生产商的这个要求：产品秉承了“简单即美”原则，仅由两个Ｅｕｄｅｒｍ底涂产品、四个Ｂａｙｄｅｒｍ产品系列的不同顶涂产品组成，同时配以
ＡｑｕａｄｅｒｍＸ—ＳｈｉｅｌｄＵＰ—Ｌ。Ａｑｕａｄｅｒｍｘ．ＳｈｉｅｌｄＵＰ—Ｌ是一种
低了配方混淆或不准确的风险。
所有ＵＰ系列产品均不含甲基吡咯烷酮，符合技术和法规要求。该系列产品使用简单，性能环保，同时具备了卓越的兼容性，为可持续皮革生产做出重要贡献。（ＰＵＷＯＲＬＤ）
轨道车辆安全新标实施在即，ＳＡＢＩＣ再添两新品
由于轨道车辆内饰材料泛欧防火阻燃安全标准即将实施，目前，ＳＡＢＩＣ创新塑料业务部再次拓展了其高性能材料解决方案产品系列，为业已丰富的产品组合再添两款新型ＬＥＸＡＮＴＭ板材产品。
ＳＡＢＩＣ
ＬＥＸＡＮＴＭ板材产品，包含半透明和不透明两
基于含氟聚合物的防污剂，尤其适用于容易沾污的浅色调皮革。大量测试结果表明，上述产品具备了出色的相互兼容性。
底涂产品Ｅｕｄｅｒｍ
Ｃｏｍｐａｃｔ
类材质，可用于轨道车辆内饰。
这两款新型产品分别是：ＬＥＸＡＮＨ６５００板材（一种新型聚碳酸酯／丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物（ＰＣ／ＡＢＳ）板材）和ＬＥＸＡＮＨ６２００板材（一种符合德国ＤＩＮ标准的新
型板材）。
ＵＰ—ＳＣ是一款多用途产品，
尤其适用于全粒面皮革：而另一款基于丙烯酸的底涂产品
ＥｕｄｅｒｍＣｏｍｐａｃｔ
ＵＰ－Ｅ则是修面革或压花革的不二之选。
特别研发的四款创新顶涂产品性能卓越，可以根据需求，精确地调整光泽度和表面质感。朗盛皮革业务部全球涂饰产品管理负责人ＢｉａｎｃａＶｅｒｓｔｅｇｅｎ在介绍全新的组合顶涂系统时说：“这些产品使用起来极其简单。从前常常需要将多达ｌＯ种成份混合在一起，如今，这一切都成为了历史。”
提到这些顶涂产品，首先是基于丙烯酸的Ｂａｙｄｅｒｍ
Ｆｉｎｉｓｈ
这两款潜心研发的产品采用了先进的非氯化非溴化阻燃剂技术，可帮助轨道交通客户满足日益增长的增强可持续性及对先进热塑性材料的需求，并有助于轨道车辆内饰产品的设计与开发。
ＬＥＸＡＮＨ６５００板材是一种不透明、实心、低光泽的ＰＣ／ＡＢＳ材料，可满足轨道车辆侧壁、桌子和座椅对于高刚度的需求。该材料采用了非氯化和非溴化的产品技术，环保阻燃性能满足《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》（ＲｏｌｌＳ）的相关要求。除了符合ＣＥＮ／ＴＳ４５５４５标准的Ｒ６（座椅）要求外，ＬＥＸＡＮＨ６５００板材还符合包括法国ＮＦＦｌ６—１０１标准的Ｍ１Ｆ１等级（厚度为２～４ｍｍ时）在内的现行欧洲标准。
ＬＥＸＡＮＨ６２００板材不仅符合德国ＤＩＮ５５１０标准，而且具有良好的着色陛能，相比于标准ＰＣ材料，它可在较低温度下具备极佳的热成型性能。
（中国塑料橡胶网）
ＵＰ，可以赋予皮革哑光表面效果和中性的表面手感。
ＦｉｎｉｓｈＵＰ—Ｇ可逐
适当添加基于聚氨酯／丙烯酸的Ｂａｙｄｅｒｍ步增加光泽度。而添加Ｂａｙｄｅｒｍ丙烯酸的Ｂａｙｄｅｒｍ
Ｆｉｎｉｓｈ
Ｆｉｎｉｓｈ
ＵＰ．Ｗ聚氨酯类产品，
则能赋予涂层更高物性、蜡感的表面手感。基于聚亚安酯／
ＵＰ．ＷＧ能使顶涂的光泽度更高，
并呈现温暖、更多蜡感。Ｖｅｒｓｔｅｇｅｎ深信：“有了这四款产品，我们的客户无需使用任何其他添加剂，就能根据需求调整装饰用皮革的光泽度和表面质感。”使用更少种类的成份和简单的配方能够使库存变得简单，从而削减仓储成本，同时降
同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
孙大鹏， 朱向哲， 程志飞， 王阁， Sun Dapeng， Zhu Xiangzhe， Cheng Zhifei， Wang Ge辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺,113001工程塑料应用
Engineering Plastics Application2012,40(10)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gcslyy201210008.aspx