三螺杆挤出机组合螺杆流体复杂混合特性研究

三螺杆挤出机是一种新型的挤出、反应装备。三螺杆流体在加工过程中要经历非常复杂的流动-传热-混合的耦合行为，其理论研究处于起步阶段。本项目运用计算流体力学和传热学耦合理论，建立三螺杆挤出机组合螺杆聚合物动态流动和传热三维耦合理论模型，利用有限单元法并结合可视化试验，研究三螺杆挤出机不同组合螺杆的瞬态流动、传热和宏观混合特性。在此基础上，综合运用计算流体力学、非线性动力学和可视化实验等多学科理论，分析三螺杆组合螺杆流体的Poincare截面、Lyaponuv指数、拉伸指数等非线性混合特性参数，研究三螺杆组合螺杆流体的混沌混合特性。从混沌理论的新视角研究三螺杆挤出机组合螺杆的混合机理，发现三螺杆组合螺杆流体非线性混沌混合的新现象、新规律以及混沌演变过程，深入理解螺杆组合方式和中心区动态特性对于三螺杆挤出机混沌混合的特殊贡献，为三螺杆挤出机的设计和优化提供新的理论依据。

三螺杆挤出机是一种新型的挤出、反应装备。三螺杆流体在加工过程中要经历非常复杂的流动-传热-混合的耦合行为。首先，本项目运用计算流体力学和传热学理论，建立了三螺杆挤出机组合螺杆流体的动态流动和传热理论模型，研究了三螺杆挤出机的瞬态流动和传热特性，发现了在三螺杆周期性扰动作用下，中心区流体粒子产生速度突变和受力突变的机理，以及中心区的动态特性对三螺杆挤出机流动和传热特性的影响。其次，采用分离尺度、混合指数、累积最大剪切和拉伸速率分布、停留时间分布（RTD）以及瞬时和平均混合效率等研究了三螺杆挤出机的分散性、分布性和拉伸混合效率；分析了中心区的动态特性和中心区的强输运能力对三螺杆挤出机宏观混合评定参数分布产生的一系列新现象；通过和常规双螺杆挤出机比较，对三螺杆挤出机的混合机理进行了深入研究。最后，综合运用计算流体力学、非线性动力学和可视化技术等多学科理论，分析了三螺杆流体的Poincaré 截面、Lyaponuv指数、拉伸指数等非线性混合参数，发现了三螺杆流体的混沌混合特征，从混沌理论的视角研究了三螺杆挤出机的混合机理，以及聚合物流体在三螺杆挤出机内被反复拉伸和折叠的过程；研究了中心区的分流能力对提高三螺杆挤出机混沌混合效率的促进作用。此外，课题组还发现了三螺杆挤出机中心区的流体粒子的位移、速度和压力等特征值的瞬时变化具有典型的非线性动力响应特征。