塑料制品广泛的被应用于生产生活的各个方面,在当今社会发挥着重要的作用。塑料制品与金属制品不同,聚合物材料在加工成型时经历了加热变形,熔融流动,固化成型等过程,其中塑化制品的质量和传热效率的高低是塑料加工过程中的两个重要指标。传统的螺杆塑化系统在提高塑化制品质量和增强传热效率时,未考虑过通过增强传质的途径来实现强化传热。为此,本课题组基于聚合物熔体微积分强化对流传热与高效塑化的新思路,设计出一种可以实现径向强制对流传热传质的新型螺杆—场协同螺杆。并对其进行强化传热场协同分析,以期能够达到提高物料在塑化过程的均匀性和传热效率的目的,并将场协同理论的应用拓展至高黏度非牛顿流体强化传热领域。本文在本课题组前期研究成果的基础上,基于场协同理论并通过数值计算的方法进一步分析该新型螺杆与传统螺杆结构在塑化过程中的传热性能,并对其进行结构优化。本文取得的研究成果如下:(1)对组成场协同螺杆的扭转元件进行机理研究:对其进行了结构设计原理分析和强化传热传质机理分析,并阐述了本文用来评价螺杆流动和传热性能的各项指标,通过对流体流线图,流速矢量图,温度分布图,换热性能和场协同的角度进行分析,得出扭转元件较普通螺杆结构来说,可以增强径向对流流动与传热,提高换热性能和改善温度场和速度场的协同性,对于增强传热性能和改善场协同性具有明显的作用。(2)对场协同螺杆在塑化熔融段和计量段的强化传热效果分析:通过对比普通螺杆和场协同螺杆在塑化系统的熔融段和计量段的流动传热和场协同性能的不同,发现该新型螺杆在塑化熔融过程中,对实现径向方向的对流传热,加快熔融段的熔融进程,及降低场协同角等方面都具有明显的效果。在计量段中,新型螺杆流道中有较均匀的温度分布,流体的温度方差较小;且新型螺杆流场中温度梯度和速度矢量的协同角比普通螺杆流道中小,具有更好的场协同性,对流传热效果增强。(3)对场协同螺杆进行结构优化:基于上述的结论,将扭转元件以嵌入件的形式放入普通螺杆中,得到嵌入位置和数量不同的场协同螺杆,并研究不同场协同螺杆在塑化熔融过程和熔体输送过程的强化传热性能的不同,分析得出扭转元件嵌入位置和嵌入数量最佳的一种场协同螺杆。