The extruder type is classified as screw type and non-screw type in terms of the extrusion method. The screw type extruder, which is the most frequently used, is classified as the single screw extruder and the multi-screw extruder. They are classified as vertical type and horizontal type in terms of structure; and those for compounding and for forming in terms of function. The single screw extruder is a universal extruder, most of which is suitable for the extrusion forming of thermoplastic resin. The multi-screw(two-screw, three-screw and four-screw) extruder can increase the extrusion power using the engagement of the screw flank. The single screw extruder does not have a good mixing ratio of the raw material and stable extrusion power, while it has low construction cost and operation cost. In this study, the single screw extruder, which has many weak points compared with the multi-screw extruder, was studied. There have been many studies on the single screw extruder, and they led to its significant development. The existing study method, however, had complex analysis processes and required much time. In this study, the CFD was applied to the performance test and analysis of the extruder, and the optimal design condition of the extrusion power for the screw and die of the single screw extruder was found by comparing the analysis results with the actual performance measurement of the single screw extruder.
Extruders are the heart of the polymer processing industry. The single most important mechanical element of a screw extruder is the screw. The proper design of the geometriy of the extruder screw is of crucial importance to the proper functioning of the extruder. If material transport instabilities occur as a result of improper screw geometry, even the most sophisticated computerized control system cannot solve the problem. For this purpose, characteristics design on helix angle of the extruder screw. This paper presents strength of the screw flight, optimum helix angle versus dimensionless down channel pressure gradient, optimum helix angle versus the power law index in simultaneous optimization, volumetric efficiency versus helix angle at various number of flights and power consumption versus helix angle in the barrel of screw extruder.
We analyzed the non-Newtonian and non-isothermal flow in a single screw extruder system and investigated the mixing performance with respect to the screw speed and the screw pitch. The viscosity of polymer melt was described with Carreau-Yasuda model. The mixing performance was computed numerically by tracking the motions of particles in the screw element system. The extent of mixing was characterized in terms of the deformation rate, the residence time distribution, and the strain. The results revealed that the high screw speed reduces the residence time but increases the deformation rate while the small screw pitch increases the residence time. It is concluded that the high screw speed increases the dispersive mixing performance and the small screw pitch increases the distributive mixing performance.
Twin screw extruders are the heart of the polymer processing industry. The single most important mechanical element of a screw extruder is the screw. The proper design of the geometry of the excluder screw is of crucial importance to the proper functioning of the extruder. If material transport instabilities occur as a result of improper screw geometry, even the most sophisticated computerized control system cannot solve the problem. For this purpose, Tool shape design for the screw flights cutting in twin screw extruder.
식품 압출성형기 (Food Extruder)의 기계적 성질과 제품 특성을 이해하기 위하여 다목적 Pilot plant 용 Single-Screw Extruder를 제작하고 corn grits를 사용한 Extrusion-cooking process의 기계적 성질과 제품 특성을 조사 하였다. Start-up 기간에서 스크류우 회전속도에 따른 열 발생속도를 측정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. Start-up 기간에서의 열 발생속도는 스크류우 회전속도 및 원료사입속도에 직접적인 영향을 받았다. 추정된 바렐내부에서의 반죽의 점도는 스크류우 회전속도에 크게 영향을 받았으며 이 점도의 변화로 바렐내부에서의 가열 용융반응이 진행되는 정도를 예측할 수 있었다. Start-up 기간에서의 팽화율은 주로 바렐내부의 온도와 열용융 반응이 일어난 정도에 의존하였다. Corn Grits가 호화되는 바렐온도와 탄화가 일어나는 온도는 회전속도에 따른 체재시간에 크게 영향을 받았다.
A numerical study of three-dimensional fluid flow and heat transfer in the metering section of a single screw extruder has been performed. The mathematical model for the screw channel is simplified by unwound channel and fixing the coordinate system to the screw. The pressure boundary and the prescribed mass flow rate conditions are imposed on the inlet and outlet, respectively. The commercial code STAR-CD based on the finite volume method is used to obtain the results of the present work. The computation of the reverse flow, which cannot be computed by the marching-type 3-D model, is performed in the present study.
Numerical study on the chaotic stirring of the screw extruder model proposed has been performed. The velocity field was used in obtaining the trajectories of passive particles for studying the stirring effect of the screw extruder. Two nonlinear dynamical tools, that are Poincare sections and Lyapunov exponents, were used in analysing the stirring effect. The Poincare sections and the Lyapunov exponents show that the stirring effect is most satisfactory, when n(the number of flights in a section) is 1, for the case a (aspect ratio ; flight height divided by the spacing between flights) being O.1. It is also required to set n=3, or 5 at a= 0.2, 0.3 for a uniform stirring.
In the present study, the analysis on heat and fluid flow in the single screw extruder is carried out by simultaneously considering the metering section and the die. The finite difference method and the finite volume method are applied to the metering section and the die, respectively. The zonal method is used to couple the metering section and the die. To investigate the effect of die on the characteristics of heat and fluid flow in the single screw extruder, the pressure back flow is included in the analysis. The screw-tip rotation is also considered by employing the quasi 3-dimensional die model. The present results are compared with the numerical and experimental data available in the literatures.
In this study, a finite element method program code which can be accomodate boundary conditions on the complex surfaces has been developed to simulate polymer extruder processes. The analysis method includes the fractional 4-step method for efficient computation time and compact usage of memory storage to solve the velocities and the pressure values from the Navier-Stokes equation. By using the developed program which was verified with simple Poiseuille flow mixture phenomena in single-and twin-screw extruder are analyzed. It is concluded that the proposed method resulte Poiseuille Poiseuille d in fair agreement with the exact solution of simple flow and the back flow near the entrance happens in single-screw model. It is identified that the location and values of maximum pressure in the twin screw extruder model. It is expected that the Velocity field found can be used to predict the degree of mixture in the extruder barrel.
Extrusion is one of the most important operations in the polymer-processing industry. Development of models for extrusion and computer tools offer a route to developing reliable and optimized process designs. The models are based on the analysis of physical phenomena encountered during the process. Balance equations for mass, momentum and energy are fundamental to the problem. A predictive computer model has been developed for the single screw extruders with conventional screws of different geometry. The model takes into account melting zones of the extruder and describes an operation of the extruder system, making it possible to predict mass flow rate of the polymer, pressure and velocity profiles along the extruder screw channel. The simulation parameters are the material and rheological properties of the polymer; the screw pitch, and screw speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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