于 淼 郭树国 王丽艳

(沈阳化工大学机械与动力工程学院，辽宁 沈阳 110142)

近年来，人们对蛋白质的需求量日益增加，但由于大豆种植面积减少，造成了较大的大豆蛋白缺口[1]。郭树国等[2-3]研究发现，可以利用挤压膨化技术对大豆的高蛋白副产品——豆粕进行加工。但是作为豆粕的主要加工设备——传统的双螺杆挤出机的挤出性能已不能满足行业发展的需要[4]。而螺杆作为双螺杆挤出机的重要组成部分，其构型是影响挤出机性能的重要因素[5-6]，因此需对螺杆构型进行改进。

梁振刚等[7-8]提出了阶梯状双螺杆挤出机构，其后一阶螺槽容积小于前一阶的，因此具有良好的物料压缩能力。喻慧文等[9]提出了具有自洁功能的非对称同向双螺杆挤出机，由于两根螺杆的转速与螺纹形状不同，会产生非对称流场以及速度的周期性变化，使得差速双螺杆挤出机具有良好的分散混合能力。但上述研究只对挤出机的某一性能进行了改进。文章拟以二阶差速双螺杆挤出机为试验对象，以黏性流体力学为理论依据[10-11]，以ANSYS/CFX有限元分析软件为平台[12]，近似模拟物料的运动情况并进行分析，旨在为双螺杆挤出机的设计提供依据。

1 模型及参数

1.1 几何模型

二阶非对称双螺杆挤出机为四段螺杆，其几何参数如表1所示。每根螺杆通过高40 mm，底圆直径30 mm，上圆直径35 mm的带有混炼元件的圆台连接，中心距46 mm，机筒厚2 mm，与螺杆间距1 mm。

表1 四段螺杆几何参数Table 1 Geometric parameters of four section screw

根据四段螺杆几何参数，使用Solidworks软件建立二阶差速双螺杆挤出机的三维实体模型(图1)。……