熔体输送理论

熔体输送理论第一页，共二十三页，2022年，8月28日1、熔体输送的机理1）、无限平行板模型。

为了方便研究问题，假定：

a、将计量段螺槽展开

并认为螺槽为浅螺槽，H3/D<0.09

b、螺槽静止不动

a.螺槽的几何尺寸图第二页，共二十三页，2022年，8月28日c、将机筒展开为一无限大平板，且该平板运动速度为Vb。Vb=πDbnd、Vb的方向与展开的螺槽方向成θ角，则有

Vbx=πDbnsinθVby=πDbncosθb.螺杆机筒展开图

第三页，共二十三页，2022年，8月28日

2)熔体在螺槽内的运动分析

熔料在螺槽中的流动实际上有以下几种运动合成：a.正流（曳流）：是由物料受机筒的摩擦拖曳引起的，最大处速度为Vbz.方向与Vbz相同，流量用Qd表示。(如图）

第四页，共二十三页，2022年，8月28日b．倒流（压力流）：b.漏流(如图）由机头，口型等阻力元件产生的压力引起的回流。方向与正流方向相反，流量为QP.第五页，共二十三页，2022年，8月28日由垂直于螺棱方向的分速度Vbx引起（如图)

使物料在螺槽内产生翻转运动。方向与Vbx方向相同，对生产能力没有影响，但能促进物料的混合、c.横流（或称环流）搅拌和热交换，流量Qc=0.c.横流（环流）：第六页，共二十三页，2022年，8月28日d.漏流：

Q=Qd-Qp-Ql

实际上螺槽中熔体的总的流动是这几种流动的总和，挤出机的生产能力即等于正流、压力流、漏流的总和

由机筒与螺棱间隙δ处形成的倒流。方向沿螺杆轴线方向，并由机头向后。流量用QL表示。第七页，共二十三页，2022年，8月28日2．基本假设：

a.

牛顿型流体，并已全部熔融且等温；b.

流动是稳定的c.

压力只在X，Z方向上变化d.

流体不可压缩；内部无流动e.

重力忽略f.机筒运动，螺杆相对静止。

第八页，共二十三页，2022年，8月28日

3．生产率的基本方程

根据前面的假设，分析和建立的物理模型，用流体力学的分析方法，就可以导出目前应用于单螺杆挤出机均化段的流率计算公式：Q=Qd-Qp-Ql第九页，共二十三页，2022年，8月28日其中

——正流流率常数

——倒流流率常数

——漏流流率常数

Y——螺槽内的物料粘度YF——间隙δf内物料粘度P1——均化段开始处的熔融体压力P2——均化段结束处的熔体压力

式中第一项为正流流率，第二项倒流，第三项漏流第十页，共二十三页，2022年，8月28日4．由流率公式得出的一些有意义的结论：

1）挤出机可能的最高（危险）压力（忽略δf）

挤出机的最高危险压力产生于断流的情况由流率公式，令Q=0，δf=0。则有：

由上式可以看出，对于高粘度物料和大直径螺杆，采用高转速是很危险的。

第十一页，共二十三页，2022年，8月28日2)、在给定产量时的最佳螺杆深度和最低螺杆转速。

由流率公式，且δf=0知将上式对H求导，并求出H：

将H最佳代入N的表达式，可得N最低N最低=3Q/πDWHcosθ第十二页，共二十三页，2022年，8月28日3）在给定转速下达到最高产量时的最佳螺槽深度和螺旋角。将流率公式在δf=0时，分别对H和θ求导，即可求出H最佳

和θ最佳这时，θ最佳=30°。（由于牛顿流体，所以实际17º40´）第十三页，共二十三页，2022年，8月28日4）截流比a(忽略δ)a=Qp/Qd称为截流比，它反映了挤出机的实际工作状态.因Q=Qd-Qp，所以

Q/Qd=1-Qp/Qd=1-a当a=1时，Q=0，Qd=Qp，代表机头完全关闭，完全截流状态。当0<a<1时，Q=Qd-Qp，代表正常工作状态。当a=0时，Q=Qd，代表机头完全打开的状态。

第十四页，共二十三页，2022年，8月28日5.挤出机的综合工作点

前面我们讨论了物料在螺杆中的流动理论。要想了解整个挤出过程的特性，还必须将螺杆和机头联合起来讨论，为此我们引入了螺杆特性线和模型特性及挤出机的综合工作点的概念。第十五页，共二十三页，2022年，8月28日1）螺杆特性线：

挤出机均化段的流率方程如下：Q=αn-(β/y+γ/yf)*(p1-p2)/L3令P=p1-p2，则Q=αn-(β/y+γ/yf)*p/L3由上式可知：α，β，γ是与螺杆几何参数相关的常数。因此上述方程实际上成了，Q与P的线性方程，其斜率K=-(β/y+γ/yf)第十六页，共二十三页，2022年，8月28日如图所示，我们称AB为螺杆的特性线。若螺杆不变，改变螺杆转速。则得到一组相互平行的螺杆特性线。图3-23螺杆特性线

n1n2n3n4n5VVVVABPQ第十七页，共二十三页，2022年，8月28日螺杆的特性线是挤出机的重要特性之一，它表示出螺杆均化段熔体的流率与压力的关系。随着机头压力的升高，挤出量降低，而降低的快慢决定于螺杆特性线的斜率。第十八页，共二十三页，2022年，8月28日2）口模特性线

挤出机的机头是整个挤出机的重要组成部分，是物料流经并获得一定几何形状和必要的尺寸精度和表面光洁度的部件。对于熔体在机头内的流动规律的研究是非常重要的。第十九页，共二十三页，2022年，8月28日假定熔体为牛顿流体，当其通过机头时，其流动方程为：

Q=KΔP/η式中：K—口模常数，仅与口模的尺寸和形状有关。ΔP—物料通过口模时的压力降η---物料的粘度第二十页，共二十三页，2022年，8月28日在挤出稳定后，K，η皆为常数。因此上式实际上是Q与P的线性方程式。可以得到如图所示的直线簇，我们称OD为口模特性线。其斜率为：K/η

如图所示，对于给定的口模，压力越高，流过口模的流量越大。PQK1η1K2η2第二十一页，共二十三页，2022年，8月28日3）挤出机的综合工作点：将螺杆特性线和口模特性线在同一个坐标中画出，我们就得到了挤出机的综合工作点：图3-25挤出机工作图之一ABCD1D2D3QQcPPcn1n2n3第二十二页，共二十三页，2022年，8月28日这综合工作点