Simulation par CFD et mesure en ligne de la distribution des temps de séjour et la qualité de mélange dans une extrudeuse bi-vis

CFD simulation and online measurement of the residence time distribution and mixing quality ina twin- screw extruders

• Auteur / Autrice : Xian-Ming Zhang
• Direction : Guo Hua Hu, Lian-Fang Feng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 10/11/2008
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL en cotutelle avec Zhejiang University (Hangzhou, Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jia-Jun Wang
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guo Hua Hu, Lian-Fang Feng, Jia-Jun Wang, Bruno Vergnes
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Vergnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Alliages de polymères

Mots clés libres

Cfd

Extrudeuse bi-vis

Distribution des temps de séjour

Qualité de mélange

Cfd

Twin screw extruder

Residence time distribution

Mixing

Résumé

Aujourd’hui le développement de nouveaux matériaux polymères ayant de bonnes propriétés repose de plus en plus sur des procédés de mélange ou de compoundage de polymères au lieu de recourir à la synthèse de nouvelles molécules. L’action du mélange peut fortement influer sur la morphologie des matériaux polymères multi-constituants. Les extrudeuses bi-vis (TSE) sont souvent utilisées comme mélangeurs/réacteurs pour des procédés de mélange, de compoundage et d’extrusion réactive. Cependant, l’étude sur la qualité du mélange dans les TSE demeure un grand défi en raison de la complexité géométrique et du caractère transitoire de l’écoulement. Cette thèse a pour objet de développer un nouvel instrument en line pour mesurer en temps réel la distribution des temps de séjour (DTS) qui caractérise la performance du mélange axial et la capacité de convoyage de différents types d’éléments de vis basées sur l’analyse de l’écoulement transitoire et l’évaluation systématique de la théorie de mélange dans les TSE. Le mélange distributif des polymères fondus est caractérisé par la génération de l’aire des interfaces, un paramètre difficile à mesurer expérimentalement. Alors on fait appel à des simulations numériques de type CFD

The development of new materials with improved properties seems to rely nowadays more on blending and compounding than on the synthesis of chemically new polymers. Mixing may have a great effect on the morphology and structure of multi-component polymer materials. Twin-screw extruders (TSE) are widely used as mixers/reactors for blending, compounding, and reactive processing. This work aimed at developing a new instrument to measure in real time the residence time distribution (RTD) which characterizes the axial mixing and transport abilities of different screw elements based on the analysis of the transient flow pattern and systematic evaluation of mixing theory in TSE. Distributive mixing of polymer melts is characterized by the generation of interfacial area, which is experimentally much more difficult to measure. This 3D numerical simulation based on CFD is adopted