偏心转子挤出机是一种基于拉伸流变原理的高分子材料塑化输运设备,实现了由正应力起主要作用的熔融塑化输运。鉴于其独特的空间拓扑结构和复杂的运动规律,基于单向流固耦合方法的数值模拟对偏心转子挤出机的流场特性和结构力场进行研究,以直观展示聚合物熔体的流动特点和转子的受力变形规律,该研究对偏心转子挤出机的工艺条件选择和结构优化具有重要的参考价值。本文首先对偏心转子挤出机的基本结构、输运机理和转子运动规律进行了简要介绍,针对熔体流动的复杂性做出了合理假设,在此基础上构建了熔体流场的数值模型,利用流体力学软件FLUENT及动网格技术对偏心转子挤出机流场进行瞬态模拟,详细分析其熔体压力场、速度场的分布特点。在流场模拟结果的基础上,用结构分析模块Static Structure对偏心转子进行应力和变形计算,研究了不同转速、定转子啮合间隙、偏心距和转子半径对流场分布和转子变形的影响规律,最后在相同条件下将实验和模拟熔体压力进行了对比,不同流场位置的熔体压力变化规律一致,验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果表明在一个转子运动周期内,不同时刻下的流场分布规律基本相同,沿挤出方向,熔体压力先增大后减小,密闭容腔呈高压腔和低压腔的交替分布,并在偏向转轴一侧的定转子螺旋面出现了压力极值区,定子腔内熔体整体上的流动方向与公转方向一致,而转子螺旋面的熔体在拖曳作用下随转子一起自转。转子在定子腔中间位置时产生的等效应力和总体变形最大,在转子螺旋面,等效应力主要分布在位于密闭容腔扩散区的转子部分处,而总体变形主要分布在位于密闭容腔啮合区的转子部分处,在一定工况下,流场压力载荷是影响转子应力和变形的主要因素。通过对不同工艺条件和结构参数下的流场与转子应力变形场的分析,发现不同变量的改变对流场和转子力场的分布规律基本没有影响,各研究分量仅在数值上发生变化。提高转速、增加转子偏心距或半径均会使流场的熔体压力和流动速度增大,而增加定转子的啮合间隙会减小熔体压力和流动速度;提高转速同样增大了偏心转子的等效应力和总体变形,但增长幅度呈现逐渐放缓的趋势,而增加定转子的啮合间隙、转子偏心距或半径会使转子的总体变形减小,且减小幅度均逐渐趋于平缓,其中半径的变化对转子总体变形的影响较大。