螺旋状捏合盘元件是为适应同向旋转双螺杆挤出机高速高效的发展要求而出现的一种新型混炼元件,它结合了常规捏合盘元件和转子元件的特性,具有良好的混炼能力。本文根据双螺杆几何学原理和等间隙修正方法构建了螺旋状捏合盘元件的三维物理模型,应用有限元分析软件POLYFLOW对螺旋状捏合盘元件和常规捏合盘元件内物料流动及混合进行了三维动态模拟,通过粒子跟踪法对流场的动态模拟计算及其统计学后处理,采用累积混合指标(分布混合指数和分隔比例)作为衡量分布混合和分散混合的量化指标,探讨了几何参数(螺旋角、盘体厚度和错列角)对螺旋状捏合盘元件混合性能的影响趋势,得到一系列优化的结构参数,对螺旋状捏合盘元件的设计起到一定的指导作用。数值模拟分析结果表明：随着螺旋角、盘体厚度和错列角的增大,螺旋状捏合盘元件的分散和分布混合性能增强；螺旋状捏合盘元件的分散和分布混合性能均优于常规捏合盘元件。为了更好地发挥螺旋状捏合盘元件优异的分散和分布混合性能,本文引入NIC机筒元件,通过对螺旋状捏合盘元件与NIC机筒元件、常规机筒元件组合流道进行三维等温流场模拟与分析,结果表明：螺旋状捏合盘元件与NIC机筒元件组合时,选取较大的螺旋角、盘体厚度和错列角,有利于增强分散和分布混合；螺旋状捏合盘元件和NIC机筒元件相组合,流场中的剪切速率分布更为均匀,能够避免产生局部高剪切区,降低局部剪切热,从而实现低温混炼。最后本文还应用POLYFLOW软件对标准型、偏心锥形和混合型三种螺杆头元件流道内物料的流动过程进行了三维非等温数值模拟,引入流道出口截面平均温度和温度方差量化分析对比三种螺杆头元件的均温性能,得出混合型螺杆头的均温效果最佳,其次为偏心锥形螺杆头,标准型螺杆头最差；通过FEM与正交试验设计相结合的方法,分析了不同几何参数对混合型螺杆头均温效果的影响,得出最优的混合型螺杆头几何参数因素水平组合。