黄志刚，刘 凯，付晓宇，苏 新

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048）

0 前言

单螺杆挤出广泛应用于聚合物成型加工，螺杆是挤出机重要的工作组件，它的功能是对聚合物物料的塑化、混炼及输送。现在对于挤出装备的研发热点是高效塑化能力和低能耗［1］，而在单螺杆挤出机挤出过程中，固体输送段起着关键作用，在很大程度上影响着单螺杆挤出机挤出的稳定性［2］。螺杆设计的几何参数变量比较多，各变量之间又互相影响，结果导致单螺杆结构设计的复杂性。为适应加工材料和制品的特殊性，各国科研人员不断研究螺杆的特殊结构［3］，Moysey［4］采用的是离散单元法（DEM），模拟了单螺杆挤出机中固体颗粒的流入和输送的过程。Moysey［5］还采用DEM 的方法，研究固体输送段的压力分布情况，Jaluria［6］则通过理论分析和数值模拟的方法，研究了固体输送段和螺槽中欠料区模型。目前，国内常用解析法、图解法以及计算机仿真法对螺杆进行优化设计［7］，并且在对于单螺杆固体输送段的研究成果中，还有对固体输送段压力的预测［8］以及摩擦因数的研究［9］。除此之外，还有一些对螺杆的优化方法：在对结果无大程度影响的情况下，简化条件求极值方法（解析法）、基于实验结果分析的图解法和根据不同实验因素建立正交设计法、对实验结果进行统计分析法和计算机辅助设计（CAD）等［10］。本文采用计算机仿真法与正交设计法相结合的方法，对单螺杆输送段固体流动的运动结果进行数值模拟，通过对输送段几何参数的不同因子水平计算，比较目标的模拟结果，得到各因子对输送速率和输送效率的影响程度，以及最优螺杆参数组合。……