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同向双螺杆挤压膨化机挤压机理及性能分析

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目录

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 双螺杆挤压膨化机的发展过程

1.2.2 同向双螺杆挤出膨化机的挤出理论研究的国内外发展现状

1.2.3 同向双螺杆挤出膨化机挤出过程的数值模拟研究国内外现状

1.2.4 同向双螺杆挤压膨化机试验研究的国内外现状

1.3 论文的主要研究内容

2 同向双螺杆挤压膨化机基础理论

2.1 同向双螺杆挤压膨化机主要结构及挤压膨化原理

2.2 同向双螺杆的几何学理论

2.2.1 同向双螺杆的啮合原理

2.2.2 端面啮合曲线的数学模型

2.3 物料的流变理论

2.4 同向双螺杆流场分析基本理论

2.4.1 流场分析的基本假设

2.4.2 连续性方程

2.4.3 运动方程式

2.4.4 本构方程

2.5 同向双螺杆流道的区域划分和流动路径

2.6 同向双螺杆挤压膨化机流量的理论计算

2.7 螺纹元件受力基本理论

2.8 本章小结

3 双螺杆挤压膨化机流场分析

3.1 有限元法和ANSYS中flotran模块的概述

3.2 同向双螺杆挤压膨化机流道流场模型

3.2.1 同向双螺杆及双螺杆流场相关参数的确定

3.2.2 同向双螺杆流道实体模型及网格划分

3.2.3 边界条件

3.2.4 双螺杆流场分析流程

3.3 螺杆元件流道的速度场分析

3.3.1 单、双头双螺杆在不同相对位置下的速度场分析

3.3.2 在不同转速下的双螺杆流道速度场分析

3.3.2 在不同内径下的双螺杆流道速度场分析

3.4 双头螺杆元件流道的压力场分析

3.5 双头螺杆元件流道的粘度场分析

3.6 本章总结

4 螺杆的力学性能分析

4.1 单头双螺杆的力学性能分析

4.1.1 单螺杆建模

4.1.2 导程对单螺杆力学性能的影响

4.1.3 SAR对单头螺杆力学性能的影响

4.2 双头双螺杆的力学性能分析

4.2.1 双头螺杆建模

4.2.2 导程对双头螺杆力学性能的影响

4.2.3 SAR对双头螺杆力学性能的影响

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

双螺杆挤压膨化技术是一种先进的物料挤压成型技术,在饲料加工领域和食品加工领域有着广泛的应用前景。螺杆是双螺杆挤压膨化机的核心元件,研究螺杆对物料的剪切混合和螺杆的力学性能对于双螺杆挤压膨化机挤压机理研究和性能提高具有重要意义。本文对同向双螺杆挤压膨化机流道流体分析理论和螺杆受力模型进行了研究;建立了同向双螺杆挤压膨化机流道有限元模型,并对流道流场进行了分析;建立了同向双螺杆挤压膨化机螺杆有限元力学模型,并对螺杆进行了力学性能分析。具体工作包括:
   在基础理论研究方面,分析了同向双螺杆的几何学理论,包括双螺杆啮合原理和端面啮合曲线的数学模型,基于此理论依次建立了同向双螺杆挤压膨化机流道流场分析理论和螺杆受力模型。
   对同向双螺杆挤压膨化机流道进行了速度场分析、压力场分析和粘度场分析。首先阐述了进行流场分析必须的物料参数和边界条件;其次对不同头数、不同转速和不同内径下的同向双螺杆挤压膨化机进行速度场分析;然后对同向双螺杆挤压膨化机流道进行了压力场分析;最后对同向双螺杆挤压膨化机流道进行了粘度场分析。
   对同向双螺杆挤压膨化机螺杆进行了力学性能分析。首先基于同向双螺杆几何学理论和螺杆受力模型建立了单头、双头螺杆实体模型和有限元模型;其次在此基础分析了导程和螺杆外径内径比对单头螺杆力学性能的影响;最后分析了导程和螺杆外径内径比对双头螺杆力学性能的影响。
   本文工作为双螺杆挤压膨化机挤压机理研究及性能提升奠定了基础。

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