固体推进剂捏合机搅拌摩擦生热的离散元分析

固体推进剂捏合机搅拌摩擦生热的离散元分析

梅佳铭¹，刘辉²，张志苗³，王子卓³，夏文强¹，刘春¹，王宁^{3,*
（1.南京大学地球科学与工程学院，南京　210023；2.苏州南力仿真技术有限公司，苏州　215163； 3.湖北航天化学技术研究所，襄阳　441003）}

摘要: 固体推进剂药浆在捏合机混合过程中的摩擦生热是影响工艺安全的重要因素，局部过热极易引发提前固化或热分解。基于离散元法(DEM)，建立了1L立式捏合机及其行星式搅拌桨的三维几何与运动模型，模拟药浆混合过程。利用DEM热力耦合模块分析机械能向热能的转化，并监测颗粒体系与桨叶表面的热量分布。结果表明：所建模型可有效模拟药浆混合过程，混合均匀度在公转100°和600°时分别达41.98%和89.68%，验证了模型合理性及捏合机混合性能。搅拌初期热量以局部热点形式集中于桨叶接触区，后逐步扩展至捏合区及外桨与锅壁间隙。桨叶表面高温区主要集中在桨叶运动前进面，尤其是发生强烈剪切与挤压作用的捏合面位置。相比近心桨，远心桨由于其更高的相对运动速度和更剧烈的颗粒、桨叶相互作用，热积累更显著，是混合过程中的主要热源部位。

关键词: 固体推进剂；捏合机；摩擦生热；过程安全；离散元法；MatDEM

图1 离散元计算模型：（a）离散颗粒堆积模型；（b）颗粒间法向 弹簧力；（c）颗粒间切向弹簧力

图2 桨叶外形及位置关系：(a)桨叶外形图；(b)初始捏合位置 关系；(c)两桨叶捏合时包络关系

图3 桨叶型面的主要几何尺寸

图4 立式捏合机离散元几何模型

图5 离散元模型：(a)药浆颗粒模型；(b)模拟搅拌运动离散元模型

图6 搅拌过程颗粒空间分布图 （蓝色、红色分别为初始药浆高度50%以上、以下颗粒组，用于观察混合均匀性）： （a-b） 搅拌初期；（c-d）搅拌中期；（e-f）搅拌后期

梅佳铭,刘辉,张志苗,等.固体推进剂捏合机搅拌摩擦生热的离散元分析[J].固体火箭技术,2026,49(4):570-578.