非对称同向双螺杆挤出过程混沌混合动力学机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11272093
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0905.多相流、渗流与非牛顿流体力学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The project derives from the scientific problem essentially out of the invention technique attributed to the applicant's own patent (PTC) and aims at establishing the characterization theory of chaotic mixing during the course of the extrusion process by the novel non-twin co-rotating screws we developed. Attempting to develop the experimental extruder with the barrel being clam shell structure, we will investigate the kinematics mechanism of chaotic mixing by means of the combination of the numerical simulation technique and the visualization experiment of passive tracers for pure polymer melt and its compoundings. The periodic velocity field of Non-Newtonian fluid occurring in the extrusion section is computed adopting the finite volume method combined with the fictitious domain method called mesh superposition.The numerical simulations are carried out to show how mixing happens when such objectives are considered as spatial distribution of tracers, deformation of the tracer interfaces, mixing efficiency, Poincaré section mapping, residence time distribution, statistics analysis of mixing index, and so on, which will reveal the scale of chaotic advection and show the effect of the different screw groups on the mixing result. In addition to the visualization experiment for pure polymer and its compoundings, the key factors are investigated which have great impact on mixing and the key regions are searched which have pronounced influence on distributive mixing, dispersive mixing as well as residence time distribution. Based on the result above, the geometry characterization method distinguishing the mixing ability of different screw shapes will be defined, which will provide the theoretical direction for the geometry improvement of screw groups. It is no doubt of great significance in science and reality.
本项目来源于申请人国际发明专利所提升出的科学问题,旨在建立非对称同向双螺杆挤出过程混沌混合动力学表征理论。在研制机筒剖分式实验样机的基础上,我们将计算机数值模拟技术和示踪剂可视化实验相结合,对混沌混合动力学机理进行研究。将有限体积方法与虚拟边界叠加网格技术相结合,求解挤出段非牛顿流体周期性速度场。采用前锋追踪技术开展示踪剂空间构型分布、界面拉伸形变、混合效率、Poincaré截面映射、停留时间分布、分散指数统计等数值模拟计算来表征混合过程,探索不同螺杆组合结构对混合过程的影响规律,揭示混沌场作用尺度。结合聚合物及其填充体系的示踪剂可视化实验结果,以期发现影响分布混合、分散混合、停留时间分布的关键区域,探索影响混合的关键因素,建立表征非对称同向双螺杆混合能力几何表征方法。为优化螺杆结构提供理论指导,具有重要的科学和现实意义。

结项摘要

非对称双螺杆挤出方法源于申请人发明专利,采用两根形状完全不一样的螺杆同向旋转塑化挤出物料。本项目对挤出过程的混沌混合动力学机理开展研究和表征,为双螺杆的理论创新和实践应用提供了指导,主要工作如下:.(1)将商用软件与自编程序代码相结合,利用有限元数值模拟方法,结合叠加网格技术,对非对称同向双螺杆内流动与混合动力学数值模拟模拟与表征。从分散指数分布、分离尺度、界面拉伸及粒子群混合统计数分析等多个方面对非对称流道内的混合动力学进行描述和分析。.(2)在研制成功的机筒剖分式静态可视化及机筒全透明的动态可视化实验样机的基础上,开展了聚合物填充体系及多相体系的混合动力学可视化实验研究。发现左右螺槽的非对称效应,得到了物料输运的拓扑流道,考察了分散相粒子的沿程变化规律,分析了正向输送、捏合块、反向螺纹元件等对混合的影响,为优化螺杆结构和组合提供理论基础。.(3)为引入最新有关宏观拓扑混沌路径触发机制,项目组以远离啮合区的单螺杆模型为切入点,将有限体积方法和有限元叠加网格技术相结合,采用自编程序代码,开展了一系列混合动力学数值模拟研究,从Poincaré映射、周期点分析、粒子群分离尺度等多个角度表征了混合问题,引入摄动理论共振环频率比分析方法,目前已找到了基于摄动理论框架的几何优化路径,催生了带有扰动副螺棱非及螺纹头数渐变对称双螺杆等多项国内外发明专利。. 项目组在《化工学报》、《高分子材料科学与工程》和Chemical Engineering Science, Polymer Engineering Science, Advances in Polymer Technology,Journal of Computational and Nonlinear Dynamics等国内外知名期刊发表有关混沌混合动力学的研究论文41篇,其中,SCI论文12篇,EI论文5篇,国际会议ANTEC报告论文2篇;此外,已接收SCI论文1篇,投稿在审SCI论文2篇;申请国家发明专利10项,PTC国际发明专利3项,申请实用新型专利2项,授权中国发明专利3项;授权美国发明专利1项;获得授权软件成果登记1项。

项目成果

期刊论文数量(41)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Chaotic Mixing in a Single-Screw Extruder With a Moving Internal Baffle
带移动内部挡板的单螺杆挤出机中的混沌混合
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Polymer Engineering and Science
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Baiping Xu;Yuejun Liu;Huiwen Yu;Lih-sheng Turng
  • 通讯作者:
    Lih-sheng Turng
MWNTs对PP_MWNTs导热复合材料性能影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    工程 塑 料 应 用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    喻慧文;吕细敏;杨淦锋;张大聪
  • 通讯作者:
    张大聪
Numerical Simulation of Chaotic Mixingin Single Screw Extruders with DifferentBaffle Heights
不同挡板高度单螺杆挤出机混沌混合的数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Intern. Polymer Processing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Meigui Wang;Shouzai Tan;HuiwenYu;Lih-sheng Turng
  • 通讯作者:
    Lih-sheng Turng
Evaluation of Mixing Performance in Baffled Screw Channel UsingLagrangian Particle Calculation
用拉格朗日粒子计算评价带挡板螺旋通道的混合性能
  • DOI:
    10.1109/cit/iucc/dasc/picom.2015.345
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Advances in Polymer Technology
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Baiping Xu;Huiwen Yu;Tangqing Kuang;Lih-sheng Turng
  • 通讯作者:
    Lih-sheng Turng
同向非对称双螺杆挤出PP_PA6形态演变
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    塑料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐百平;喻慧文;王玫瑰;杜遥雪
  • 通讯作者:
    杜遥雪

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其他文献

新型非对称双螺杆挤出制备PPC/PTFE共混物及其超临界CO_2发泡行为研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国塑料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李哲星;彭响方;陈凤朗;范显琪;徐百平;陈斌艺
  • 通讯作者:
    陈斌艺
拉伸形变作用下PLA/PBS增韧共混物力学性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国塑料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐文华;杨智韬;殷小春;徐百平
  • 通讯作者:
    徐百平
植物纤维/聚合物复合材料流变参数的转矩流变表征方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯彦洪;徐百平;刘斌;何和智;李展洪;瞿金平
  • 通讯作者:
    瞿金平
单螺杆挤出过程中界面拉伸脉冲效应
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程塑料应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘跃军;瞿金平;王玫瑰;徐百平
  • 通讯作者:
    徐百平
三维动态混合过程界面追踪模拟与
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    应用力学学报, 23(1):1-6, 2006
  • 影响因子:
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  • 作者:
    徐百平;瞿金平
  • 通讯作者:
    瞿金平

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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