聚合物水下切粒模板溫度場的數(shù)值模擬研究

1、聚合物水下切粒模板溫度場的數(shù)值模擬研究任世雄，李進良，盧濤，王奎升（北京化工大學(xué)機電工程學(xué)院，北京100029）摘要：建立了7種不同模孔和3種不同加熱油流道水下切粒模板的三維傳熱模型，并對各個模型進行了數(shù)值求解，獲得了各個模板模型內(nèi)部的溫度場；并計算了在不同溫度的冷卻水、不同的加熱油的對流換熱系數(shù)、不同模板材料下的模板的溫度場。結(jié)果表明，由于受到冷卻水的冷卻作用，各模板切粒帶表層處溫度比較低；沿著厚度方向，由于受到加熱油和聚合物的加熱作

2、用，切粒帶深層的溫度逐漸升高；在加熱油加熱和冷卻水冷卻的共同作用下，在0mm≤z≤10mm處，切粒面淺層的溫度梯度較大。通過分析表明，?？壮叽鐚δ０宓臏囟葓龌緵]有影響；加熱油流道形式、冷卻水的溫度、加熱油的對流換熱系數(shù)和模板的材料對模板的溫度場有一定影響，這為模板的結(jié)構(gòu)設(shè)計、邊界條件的確定和模板材料的選擇提供了可靠的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：聚合物；水下切粒模板；溫度場；數(shù)值模擬由于聚合物生產(chǎn)裝置生產(chǎn)的聚合物樹脂是粉料而不是粒料，給下游工廠加

3、工塑料制品帶來很多困難，所以要將聚合物樹脂造成粒狀，然而所有大型造粒機組均依賴進口，造粒模板是造粒機的關(guān)鍵易損耗部件，模板的好壞直接影響塑料粒子的品質(zhì)。長期以來，依賴進口模板維持生產(chǎn)。大約每8個月就需要更換或維修，目前生產(chǎn)能力為200kt／a的聚合物模板的進口價高達20萬美元／塊。聚合物粉料與添加劑混合后進入擠出機筒體，在294～513K的高溫下擠壓熔融，在擠出機螺桿有作用下，通過造粒模板成型孔被擠出，進入水冷卻粒室，被高速旋轉(zhuǎn)的切刀切

4、成顆粒，模板是完成聚合物切粒最為關(guān)鍵的部件之一，模板加熱溫度場的均勻性直接影響熔融物料能否順利均勻地通過造粒模板的成型通道，若溫度控制不均勻，會造成部分模孔物料的流速不均勻，在切粒刀盤的作用下會出現(xiàn)長短不一的不規(guī)則顆牲，嚴重影響產(chǎn)品品質(zhì)圖1為模板的結(jié)構(gòu)圖，切粒帶在模板的中央，切粒帶上的?？拙鶆蚍植迹瑸榱藵M足切粒工藝要求，模板的熱工作環(huán)境較為復(fù)雜。如圖2所示，聚合物入口溫度較高，大約為533K，與模板切粒面接觸的水溫較低，約333K，模板

5、內(nèi)部必然存在一定的溫度梯度，為了避免聚合物在?？變?nèi)不至于凝固而造成模孔堵塞，需要在模板內(nèi)部布置加熱油流道，通過加熱油對模板進行保溫由于國外技術(shù)壟斷，特別是對于大型先進模板，無法獲得其內(nèi)部加熱油流道的結(jié)構(gòu)。為了滿足國內(nèi)對模板的巨大需求，對模板溫度場進行數(shù)值計算，并研究?？缀图訜嵊土鞯赖膸缀纬叽鐚δ０鍦囟葓龅挠绊懀瑢﹂_發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模板具有重要意義。本文擬從傳熱學(xué)角度，通過構(gòu)造不同形式的?？缀图訜嵊土鞯赖慕Y(jié)構(gòu)模型，選擇不同水溫的冷卻水