熊 奧 阮 建 丁亞軍② 應(yīng)三九

①南京理工大學(xué)化工學(xué)院(江蘇南京，210094)

②南京理工大學(xué)特種能源材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江蘇南京，210094)

引言

LOVA(低易損性彈藥)發(fā)射藥配方中，黏結(jié)劑的能量及含氧量較低，需要大幅增加高能固體填料含量才能保證發(fā)射藥能量和氧平衡的需求[1]。微米級(jí)粒徑的高能固體顆粒表面能較大，容易產(chǎn)生靜電效應(yīng)并互相吸附聚集，嚴(yán)重影響了高能固體顆粒在黏結(jié)劑中的分散性，從而導(dǎo)致發(fā)射藥的力學(xué)性能和燃燒穩(wěn)定性變差；這樣不僅會(huì)增加發(fā)射藥的生產(chǎn)加工難度，而且會(huì)影響武器系統(tǒng)的彈道性能[2]。螺桿擠出機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切混合作用，改善高能固體顆粒在黏結(jié)劑中的分散性，因此受到研究者的重視。

停留時(shí)間分布對(duì)物料在螺桿內(nèi)的分散性研究起到指導(dǎo)作用。國(guó)內(nèi)外通常采用數(shù)值模擬和反應(yīng)器模型模擬對(duì)擠出過(guò)程的停留時(shí)間進(jìn)行研究[3-4]。徐俊杰等[5]采用數(shù)值模擬分析了微型錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出聚丙烯熔體的過(guò)程，結(jié)果表明，螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)停留時(shí)間分布的調(diào)控起主導(dǎo)作用。Yang等[6]通過(guò)比較聚丙烯在三螺桿擠出機(jī)中的軸向壓差和停留時(shí)間分布，驗(yàn)證了模擬的可靠性。Ponomarev等[7]通過(guò)基于馬爾可夫鏈開(kāi)發(fā)的新模型探究了單螺桿擠出機(jī)中的速度分布。Reitz等[8]建立了一個(gè)描述熱熔擠出過(guò)程停留時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)考慮了輸送和混合過(guò)程，結(jié)果顯示，進(jìn)料速度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料用量對(duì)停留時(shí)間影響較大。

超臨界二氧化碳(SC-CO2)同時(shí)具有近似液體的溶解度和近似氣體的擴(kuò)散系數(shù)，可以降低聚合物體系的界面張力，對(duì)聚合物有很好的增塑作用，是最具應(yīng)用潛力的增塑劑之一。Ding等[9]通過(guò)狹縫流變儀研究了擠出加工過(guò)程中SC-CO2對(duì)醋酸纖維素(CA)的增塑作用，結(jié)果顯示，SC-CO2的注入明顯減少了CA溶液的黏度和壓力，溫度的升高削弱了SCCO2對(duì)CA的塑化作用。Curia等[10]通過(guò)高壓流變學(xué)研究了SC-CO2對(duì)聚己內(nèi)酯(PCL)的增塑作用，結(jié)果顯示，加壓至30 MPa的SC-CO2使PCL的黏度降低了95%以上。Franken等[11]發(fā)現(xiàn)與大氣壓下的純聚二甲基硅氧烷(PDMS)相比，SC-CO2/PDMS體系的動(dòng)態(tài)黏度降低了近一個(gè)數(shù)量級(jí)。綜上，雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)擠出過(guò)程中的停留時(shí)間和SC-CO2的增塑作用做過(guò)較多探討，但是鮮有對(duì)SC-CO2在擠出機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間分布影響進(jìn)行研究。

結(jié)合超臨界流體技術(shù)和螺桿擠出成型工藝，以SC-CO2作為增塑劑、CA為黏合劑、CaCO3作為RDX的代料，通過(guò)數(shù)值模擬和反應(yīng)器模型模擬研究了SC-CO2對(duì)擠出機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間分布和流動(dòng)情況的影響，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為優(yōu)化工藝條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

CA，乙酰基含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))40%～42%，西安北方惠安化學(xué)有限公司；CaCO3，平均粒徑為1～5 μm；乙醇和丙酮，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；赤蘚紅，上海染料研究所有限公司。

1 000 mL捏合機(jī)，江蘇國(guó)茂減速機(jī)集團(tuán)有限公司；DJ-30型單螺桿擠出機(jī)(長(zhǎng)徑比36，螺桿直徑30 mm)和狹縫流變儀，江蘇益中機(jī)械有限公司；AUY-120型電子天平，日本Shimadzu公司；Evolution 220紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，美國(guó)Thermo Fisher公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 物料的捏合

將m(CA)︰m(CaCO3)＝3︰2的混合物加入到捏合機(jī)中，再分批加入醇酮混合溶劑(丙酮和乙醇的體積比為1︰1)，醇酮混合溶劑與CA/CaCO3混合物的質(zhì)量比(以下簡(jiǎn)稱溶劑比)為1.2，捏合40 min后取出并密封，以防止溶劑的揮發(fā)。

1.3 流變性能的測(cè)定

采用In-line技術(shù)，將狹縫流變儀直接串聯(lián)在擠出機(jī)的機(jī)頭處，通過(guò)傳感器探頭記錄流道的壓力降，再根據(jù)物料的質(zhì)量流量m及密度ρ，計(jì)算得到CA/CaCO3/SC-CO2的在線流變性能。

1.4 停留時(shí)間的測(cè)定

采用刺激-應(yīng)答法測(cè)定停留時(shí)間分布。以赤蘚紅作為示蹤劑。當(dāng)物料擠出過(guò)程穩(wěn)定時(shí)，將30 mg赤蘚紅與1 g CA/CaCO3預(yù)混合。每10 s收集一次擠出物，在45℃干燥箱中干燥，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)式研磨機(jī)研磨以通過(guò)80目篩網(wǎng)。使用氫氧化鉀從樣品中提取示蹤劑，并通過(guò)分光光度計(jì)確定其濃度。對(duì)每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量，并記錄平均讀數(shù)。

2 數(shù)值模擬與反應(yīng)器流動(dòng)模型模擬

2.1 數(shù)值模擬

2.1.1 基本假設(shè)

考慮到高固含量發(fā)射藥在單螺桿擠出機(jī)中實(shí)際流動(dòng)過(guò)程的復(fù)雜性，做出如下假設(shè)[6，12]:

1)流體為不可壓縮的非牛頓黏性流體，其流變特性滿足假塑性流體的特性；

2)擠出過(guò)程中螺桿轉(zhuǎn)速不高，將流體流動(dòng)流場(chǎng)假定為一種等溫的穩(wěn)定層流流場(chǎng)；

3)CA具有高黏性，重力等體積力相對(duì)于黏滯力較小，可以直接忽略不計(jì)；

4)流體在流道內(nèi)完全充滿，無(wú)空隙，且流道壁面無(wú)滑移。

2.1.2 控制方程

根據(jù)擠出加工的特點(diǎn)以及對(duì)CA/CaCO3/SCCO2的假設(shè)，分別給出流動(dòng)的連續(xù)性方程、運(yùn)動(dòng)方程及能量方程，如式(1)～式(3)。

式中:V為體積速度矢量，m3/s；ρ為流體密度，kg/m3；?為微分算子；τ為應(yīng)力張量；p為壓力，Pa；T為流體溫度，K；CV為流體的定容比熱容，J/(kg·K)；q為導(dǎo)熱通量矢量，J/s；t為時(shí)間，s。

2.1.3 本構(gòu)方程

根據(jù)在線流變儀測(cè)得的CA/CaCO3熔體和CA/CaCO3/SC-CO2熔體的流變性能，熔體可視為不可壓縮的等溫非牛頓流體，符合冪律模型，本構(gòu)方程如式(4)所示。

式中:η是流體黏度，Pa·s；K是黏度系數(shù)，Pa·s；λ是松弛時(shí)間，s；?γ是剪切速率，s-1；n是冪律指數(shù)。

改變注氣量Q和溫度θ得到的冪律模型如表1所示。

表1 不同條件下的冪律模型Tab.1 Power-law model under different conditions

2.1.4 網(wǎng)格劃分

擠出機(jī)使用的是普通單螺桿，螺桿直徑30 mm，螺槽深度3 mm，螺桿導(dǎo)程26 mm。在CAD中選取笛卡爾坐標(biāo)系，以Z軸正方向?yàn)槿垠w的輸送方向，坐標(biāo)原點(diǎn)為螺桿起始端面中心點(diǎn)，建立熔體塑化段螺桿和流道的幾何模型，導(dǎo)入Geometry中。螺桿和流道長(zhǎng)78 mm，流道的內(nèi)徑和外徑分別為24 mm和30 mm。

采用網(wǎng)格重疊技術(shù)簡(jiǎn)化網(wǎng)格劃分環(huán)節(jié)，先建立螺桿模型[圖1(a)]和流體區(qū)域模型[圖1(b)]，利用Mesh對(duì)每個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，再將流體區(qū)域和螺桿元件進(jìn)行組裝，最后根據(jù)運(yùn)動(dòng)算法控制螺桿位置，即可構(gòu)建用于瞬態(tài)計(jì)算的網(wǎng)格文件。分別采用四面體和六面體結(jié)構(gòu)對(duì)螺桿部分和流體部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分。劃分完成后共包含37 835個(gè)節(jié)點(diǎn)、72 577個(gè)單元。網(wǎng)格質(zhì)量平均值為0.86，說(shuō)明網(wǎng)格質(zhì)量良好。

2.1.5 邊界條件設(shè)定

沿Z軸方向?yàn)閿D出方向，設(shè)置入口和出口邊界為施加法向力fn和切向力fs，且fn＝fs＝0，說(shuō)明流體區(qū)域入口和出口流體為自由流動(dòng)。對(duì)與螺桿接觸的內(nèi)面施加滑移邊界，即vn＝0和fs＝0。對(duì)流體外壁面給定vn＝vs＝0的邊界，表示壁面無(wú)滑移。這里，vn為法向速度，vs為切向速度。

2.1.6 停留時(shí)間和軸向擴(kuò)散模型

采用示蹤粒子軌跡跟蹤技術(shù)，計(jì)算初始布置在流體區(qū)域入口的2 000個(gè)示蹤粒子在單螺桿輸送元件內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，使用Polyflow內(nèi)嵌統(tǒng)計(jì)模塊Polystat獲得物料在計(jì)算域內(nèi)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)和停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)以及平均停留時(shí)間tm和方差σ2t。

為消除使用不同時(shí)間的不便，采用對(duì)比時(shí)間

對(duì)比時(shí)間表示的方差為

用對(duì)比時(shí)間描述的方差無(wú)因次，故稱為無(wú)因次方差，其值介于0到1之間。

對(duì)于擠出機(jī)中的非理想流動(dòng)，引入軸向擴(kuò)散模型，并用Peclet準(zhǔn)數(shù)(Pe)來(lái)描述軸向擴(kuò)散的程度。

式中:u是流動(dòng)速率，m/s；L是容器長(zhǎng)度，m；Ez是軸向擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

2.2 反應(yīng)器流動(dòng)模型模擬

反應(yīng)器流動(dòng)模型模擬是通過(guò)反映擠出機(jī)主要特征的概念模型擬合停留時(shí)間分布。由于螺桿部件的復(fù)雜性和螺桿種類(lèi)的多樣性，對(duì)不同的反應(yīng)器需要建立不同的模型。物料在螺槽中存在死區(qū)、回流或滯留等現(xiàn)象，反應(yīng)器流動(dòng)模型的各參數(shù)具有明確的物理意義，所以擬合結(jié)果對(duì)停留時(shí)間分布的分析有重要價(jià)值。

Yeh提出了完整模型和簡(jiǎn)單模型兩種基于CSTR和PFR串聯(lián)的模型[13]，如圖2所示。

完整模型的全混流與死區(qū)之間存在物質(zhì)交換，表達(dá)式為式(11)～式(12)。

式中:φ表示活塞流所占的體積分?jǐn)?shù)；d表示全混流中死區(qū)所占的體積分?jǐn)?shù)；b表示主流中與死區(qū)存在混合的體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)u(r)＝0時(shí)，r<φ；u(r)＝1，r≥φ。

簡(jiǎn)單模型的全混流與死區(qū)之間沒(méi)有物質(zhì)交換，表達(dá)式為式(13)。

3 結(jié)果與討論

3.1 SC-CO2對(duì)停留時(shí)間分布的影響

取螺桿轉(zhuǎn)速14 r/min，溫度50℃。圖3和圖4分別為通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬得到的不同SC-CO2注氣量條件下停留時(shí)間分布密度函數(shù)的曲線。從圖3中可以看出，未注入SC-CO2時(shí)，最短停留時(shí)間為625.0 s，平均每個(gè)模型長(zhǎng)度的最短停留時(shí)間為45.1 s；注入SC-CO2后的停留時(shí)間分布峰面較寬，最短停留時(shí)間為265.0 s，在出料速度穩(wěn)定時(shí)，平均每個(gè)模型長(zhǎng)度的最短停留時(shí)間為19.1 s。由圖4可知，模擬計(jì)算未注入SC-CO2時(shí)，最短停留時(shí)間為45.0 s，注氣后的最短停留時(shí)間為26.0 s。SC-CO2加快了物料的出料速度。注入SC-CO2后，峰面變寬，說(shuō)明SC-CO2增大了物料在流道內(nèi)的混合程度。由于數(shù)值模擬只選取了螺桿的一部分作為模型，并且假設(shè)模擬過(guò)程中流體處于等溫穩(wěn)定層流流場(chǎng)，壁面無(wú)滑移。所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果存在一定差異，這種差異在可接受范圍內(nèi)?？傮w上，實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬得到的停留時(shí)間分布結(jié)果具有良好的一致性。

圖4顯示，不論注入SC-CO2與否，都出現(xiàn)了早出峰(出峰時(shí)間小于tm)的情況，這表示CA/CaCO3/SC-CO2在擠出機(jī)中存在死區(qū)。死區(qū)是擠出機(jī)中流體流動(dòng)極慢以至于幾乎不流動(dòng)的區(qū)域，死區(qū)的存在導(dǎo)致一部分物料的停留時(shí)間極長(zhǎng)，降低了擠出機(jī)的生產(chǎn)效率，使混合效果變差，從而對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生不良影響。

表2是數(shù)值模擬注氣量對(duì)停留時(shí)間分布的影響?？梢缘贸觯饬繛?.1mL/min時(shí)，SC-CO2縮短了物料的平均停留時(shí)間。一方面，SC-CO2提高了物料內(nèi)部壓力，加大了系統(tǒng)壓差，促進(jìn)物料流動(dòng)；另一方面，由于SC-CO2的塑化作用，分子內(nèi)摩擦降低，促進(jìn)了混合過(guò)程。因此，SC-CO2有助于提高物料流速，縮短停留時(shí)間。相比于不注氣時(shí)，注入SCCO2后，Pe減小了196.35，表示SC-CO2對(duì)軸向混合有較大的促進(jìn)作用。SC-CO2被CA分子吸收后，不僅增加了CA分子鏈的自由體積，使分子間作用力減弱，抑制了鏈段間的纏結(jié)作用，而且在聚合物鏈段中起到潤(rùn)滑劑的作用，降低了CA分子間的摩擦阻力，使得分子鏈松弛時(shí)間縮短，分子鏈在流動(dòng)過(guò)程發(fā)生卷曲，引發(fā)了較強(qiáng)的軸向混合過(guò)程。

表2 數(shù)值模擬SC-CO2對(duì)停留時(shí)間分布參數(shù)的影響Tab.2 Effect of SC-CO2 on experimental results of residence time distribution by numerical simulation

3.2 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)停留時(shí)間分布的影響

取注氣量為0.1 mL/min，溫度為50℃。圖5是通過(guò)數(shù)值模擬得到的不同螺桿轉(zhuǎn)速條件下停留時(shí)間分布密度函數(shù)的曲線。由圖5可知，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，出峰位置向左移動(dòng)，表示最短停留時(shí)間隨著轉(zhuǎn)速的加快而縮短。即物料的最大流動(dòng)速度加快，CA/CaCO3/SC-CO2在單螺桿擠出機(jī)中的整體出料速度也隨著轉(zhuǎn)速的提升而加快。

表3列出了不同螺桿轉(zhuǎn)速條件下停留時(shí)間分布參數(shù)的變化，平均停留時(shí)間tm不斷減小，這與圖5的結(jié)果吻合。方差遠(yuǎn)小于1，所以CA/CaCO3熔體在單螺桿擠出機(jī)中主要的流動(dòng)方式為活塞流。Pe隨著螺桿轉(zhuǎn)速的加快不斷減小，說(shuō)明在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，加快螺桿轉(zhuǎn)速可以促進(jìn)軸向混合。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)? r/min增加到8 r/min時(shí)，Pe減少了32.5%；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)?2 r/min增加到14 r/min時(shí)，Pe減少了21.0%，說(shuō)明螺桿轉(zhuǎn)速的增加對(duì)加大軸向混合程度的作用不斷減弱。在低轉(zhuǎn)速條件下，擠出機(jī)內(nèi)的填充度很高，物料之間充分接觸，擴(kuò)散傳遞速率高；隨著轉(zhuǎn)速的加快，螺桿對(duì)CA/CaCO3的剪切和擠壓作用明顯，物料發(fā)生逆向流動(dòng)，因此軸向混合強(qiáng)烈。研究表明，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較高時(shí)，物料在機(jī)筒內(nèi)的填充度低，繼續(xù)增加螺桿轉(zhuǎn)速，會(huì)導(dǎo)致軸向混合作用減弱。

表3 數(shù)值模擬螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)停留時(shí)間分布參數(shù)的影響Tab.3 Effect of screw speed on experimental results of residence time distribution by numerical simulation

3.3 機(jī)筒溫度對(duì)停留時(shí)間分布的影響

取注氣量0.1 mL/min，螺桿轉(zhuǎn)速10 r/min。圖6是通過(guò)數(shù)值模擬得到的不同機(jī)筒溫度條件下停留時(shí)間分布密度函數(shù)的曲線。由圖6可知，隨著溫度的升高，曲線位置逐漸向左偏移，最短停留時(shí)間減小。由表4可知，隨著機(jī)筒溫度的升高，tm不斷減小。Esther等[14]認(rèn)為這與熔體的黏性有關(guān)，黏性作用表現(xiàn)為阻滯流體內(nèi)部的相對(duì)滑動(dòng)，從而阻滯流體的流動(dòng)。當(dāng)溫度升高時(shí)，SC-CO2在聚合物中的溶解度增加，導(dǎo)致SC-CO2/聚合物體系的黏性降低[15]，對(duì)機(jī)筒內(nèi)壁的附著力下降，所以物料傾向于活塞流流動(dòng)；同時(shí)，隨著溫度的升高，擠出機(jī)內(nèi)SC-CO2的壓力增大，對(duì)物料向前的推動(dòng)作用更加明顯。隨著機(jī)筒溫度的升高，Pe減小，表明升溫促進(jìn)了軸向混合。σ2r從0.009 5增加到0.014 7，物料的主要流型趨向于活塞流。由于聚合物的分子鏈運(yùn)動(dòng)具有溫度依賴性，當(dāng)溫度升高時(shí)，一方面CA分子單元熱運(yùn)動(dòng)

表4 數(shù)值模擬機(jī)筒溫度對(duì)停留時(shí)間分布參數(shù)的影響

Tab.4 Effect of cylinder temperature on experimental results of residence time distribution by numerical simulation能量提高，另一方面由于體積膨脹，分子間的距離增加，CA分子單元活動(dòng)空間增大，使得松弛過(guò)程加快，松弛時(shí)間減小，CA分子鏈在流動(dòng)過(guò)程由伸直狀態(tài)恢復(fù)到卷曲狀態(tài)，更容易發(fā)生軸向混合。

?

在擠出生產(chǎn)含能材料時(shí)，高強(qiáng)度的螺桿剪切作用會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果機(jī)筒溫度太高，則不能起到良好的控溫效果，從而產(chǎn)生安全問(wèn)題。綜上所述，溫度的升高雖然在一定程度上可以促進(jìn)物料的混合，有利于固體顆粒的分散，但是這種作用相對(duì)較小，因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中盡量不采用升溫的方法改善原料的混合效果。

3.4 反應(yīng)器流動(dòng)模型模擬

圖7所示為流體截面上的Z向速度矢量分布圖。圖7中，從上到下依次為Z＝0；Z＝0.019 5；Z＝0.039 0；Z＝0.058 5；Z＝0.078 0。由圖7可知，CA/CaCO3/SC-CO2流體在螺桿上的軸向速度各不相同，在螺棱位置出現(xiàn)了逆向流動(dòng)，在螺槽中心位置流速較高，在螺槽與螺棱的交界處出現(xiàn)了死區(qū)，流速為零。因此，CA/CaCO3/SC-CO2流體在螺桿中的流動(dòng)是包含了全混流、平推流和死區(qū)的復(fù)雜流動(dòng)過(guò)程，這與數(shù)值模擬得到的停留時(shí)間分布密度函數(shù)曲線顯示的結(jié)果一致。為了定量描述這一過(guò)程，分別使用了完整模型和簡(jiǎn)單模型對(duì)停留時(shí)間分布曲線進(jìn)行了擬合，結(jié)果列于表5中。從表5中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，兩種模型的相關(guān)系數(shù)平方R2和殘差平方和SSE相差無(wú)幾；當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，完整模型的R2明顯大于簡(jiǎn)單模型，而SSE顯著小于簡(jiǎn)單模型。說(shuō)明當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，兩種模型的擬合程度相似，高轉(zhuǎn)速情況下完整模型的擬合度較高，更能準(zhǔn)確反映CA/CaCO3/SC-CO2流體在單螺桿擠出機(jī)內(nèi)的真實(shí)流動(dòng)狀況。

表5 流動(dòng)模型的擬合檢驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Fitting test results of the flow pattern

表6 不同轉(zhuǎn)速完整模型參數(shù)的非線性回歸結(jié)果Tab.6 Nonlinear regression results of complete model parameters with different screw speeds

通過(guò)非線性回歸，得到了不同轉(zhuǎn)速下完整模型的主要參數(shù)φ、d和b，列于表6中。數(shù)據(jù)顯示，隨著轉(zhuǎn)速的提高，φ降低，說(shuō)明轉(zhuǎn)速越高，總體的混合程度越大，這是軸向混合和徑向混合共同作用的結(jié)果。螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)? r/min增加到10 r/min，d不斷增加，這可能是因?yàn)檩S向混合程度增大，出現(xiàn)的返混現(xiàn)象導(dǎo)致CA/CaCO3/SC-CO2流體的流速減慢，物料在螺桿的死角位置堆積，使得死區(qū)體積增加。隨著螺桿轉(zhuǎn)速繼續(xù)加快，徑向混合程度變大，一部分死區(qū)物料被全混流物料沖刷帶出，所以d減小。這種假設(shè)也可以通過(guò)b的變化得到驗(yàn)證。

4 結(jié)論

1)在單螺桿擠出機(jī)中，SC-CO2作為高固含量發(fā)射藥代料的增塑劑顯著減少了CA/CaCO3停留時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，并促進(jìn)軸向混合。與不注入SC-CO2時(shí)相比，以0.1 mL/min的注氣量注入SCCO2時(shí)的平均停留時(shí)間減少了22.28 s，Pe減小了196.4。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性，通過(guò)數(shù)值模擬能很好地預(yù)測(cè)停留時(shí)間分布結(jié)果。

2)螺桿轉(zhuǎn)速的提高減小了平均停留時(shí)間，隨著螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)? r/min增加到14 r/min，平均停留時(shí)間從65.63 s縮短至29.85 s。在低螺桿轉(zhuǎn)速條件下，提高螺桿轉(zhuǎn)速可以促進(jìn)軸向混合，但隨著螺桿轉(zhuǎn)速的繼續(xù)加快，這種促進(jìn)作用逐漸減弱。升高機(jī)筒溫度在一定程度上縮短了停留時(shí)間，并促進(jìn)了軸向混合。

3)當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速高于8 r/min時(shí)，完整模型比簡(jiǎn)單模型的擬合度更高，完整模型的擬合結(jié)果與數(shù)值模擬的結(jié)果具有一致性，體積分?jǐn)?shù)φ隨著轉(zhuǎn)速的增加降低了0.03左右，即轉(zhuǎn)速的升高不利于CA/Ca-CO3的流動(dòng)向活塞流發(fā)展。