密炼机是聚合物混合的重要设备,特别是在橡胶混炼中起到重要作用。炭黑作为橡胶炼化中重要的补强剂和填充剂,能够改善橡胶的各项性能,而炭黑分布的均匀程度也直接影响着橡胶制品的质量。本文以密炼机混炼过程中物料的三种混合状态为基础,分别对其中两种物料状态进行了离散元DEM模拟和流固CFD-DEM耦合模拟分析,为新型高效混合设备的研发提供理论依据。密炼机的研究多以连续橡胶流体为研究对象,忽略炭黑颗粒在流体中的影响,不能明确地展示出颗粒在流体中的运动和混合情况,以及不能体现颗粒与流体之间的互相影响,同时未能分析高温混炼前颗粒间的混合情况。CFD-DEM耦合最基本的功能就是用于固体颗粒和流体之间的模拟仿真,而基于CFD-DEM方法的流固耦合研究在流化床、固气输送、固液搅拌等方面较多,在密炼机等聚合物加工设备的研究却未见文献报道。现今阶段研究对象仍以忽略炭黑颗粒的单纯连续橡胶流体为主,因而采用CFD-DEM耦合在密炼机方面的研究有着较高的意义。本文通过离散单元法探究了高温混炼前炭黑和橡胶颗粒的运动和混合情况,对比分析了4WH型和4WS型密炼机的混合性能,建立炭黑的标准差函数来佐证,4WH型密炼机比4WS型具有更好的混合性能。利用CFD-DEM耦合方法将炭黑颗粒和橡胶流体作为研究对象,主要对4WH型密炼机内橡胶流体和炭黑颗粒的运动和混合进行数值模拟,利用流场速度云图、压强云图与颗粒位置信息,并与颗粒速度、轨迹、分布与流场速度、压强相结合,分析流体与颗粒之间的相互影响和形成原因,探究高温混炼时炭黑颗粒与橡胶流体之间的互相影响,以及两者的运动和混合情况。颗粒的运动主要受流体影响,且颗粒对流体的影响较小,结合Polyflow的模拟可对比得到颗粒运动呈现出螺旋状,且旋向与转子长棱旋向相反。