Численный анализ влияния потоков утечек на процессы течения и теплообмена в условиях пластицирующей экструзии
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.4.41Ключевые слова:
метод конечных элементов, метод конечных разностей, тепломассоперенос, течение расплава полимера, пластицирующая экструзия, утечкиАннотация
В работе представлено численное исследование процесса тепломассопереноса в канале пластицирующего экструдера в условиях утечек расплава полимера через радиальный зазор между гребнем нарезки червяка и внутренней поверхностью корпуса. Предложенный в работе подход к определению потока утечек через зазор учитывает вынужденную и напорную составляющие течения расплава полимера, аномально-вязкие свойства среды, неоднородность температурного поля в поперечном сечении канала и может быть применен в математических моделях (одно-, двух или трехмерных) течений жидкости в винтовых каналах простых шнековых насосов и пластицирующих экструдеров как для зоны дозирования, так и для зоны плавления. Уравнения движения и уравнение несжимаемости решены методом конечных элементов в естественных переменных с использованием метода Галеркина, а уравнение энергии - методом конечных разностей с записью конвективных членов против потока. Для решения задачи разработан многоуровневый итерационный алгоритм процесса тепломассопереноса в винтовом канале экструдера с учетом потока утечек полимера через радиальный зазор. В результате численных экспериментов получены поля скоростей, температур и давлений как в винтовом канале экструдера, так и в зазоре над гребнем винта. Дана оценка влияния потока утечек через радиальный зазор и величины зазора на температурные поля винтового канала, энергетические и напорно-расходные характеристики пластицирующего экструдера.
Скачивания
Библиографические ссылки
Раувендааль К. Экструзия полимеров. - СПб.: Профессия, 2010. - 768 с.
2. Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. - М.: Химия, 1984. - 632 с.
3. Mohr W.D., Mallouk R.S. Flow, power requirement, and pressure distribution of fluid in a screw extruder // Ind. Eng. Chem. - 1959. - Vol. 51, no. 6. - Р. 765-770. DOI
4. Янков В.И., Первадчук В.П., Боярченко В.И. Процессы переработки волокнообразующих полимеров (методы расчета). - М.: Химия, 1989. - 320 с.
5. Янков В.И. Исследование и разработка методов расчета шнековых насосов и аппаратов непрерывного растворения полимеров в производстве синтетических волокон / Дисс.. докт. техн. наук: 05.04.09. - Калинин, ВНИИСВ, 1980. - 450 с.
6. Янков В.И., Славнов Е.В., Уржунцева С.И. Шнековые машины с продольной циркуляцией жидкости. Сообщение 1. Напорно-расходные характеристики // Химические волокна. - 2003. - № 2. - С. 54-59. DOI
7. Славнов Е.В., Судаков А.И., Бузмакова С.В. Модель радиальных утечек с циркуляцией в однозаходных шнековых машинах // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2008. - Т. 1, № 4. - С. 88-96. DOI
8. Петров И.А., Славнов Е.В. Моделирование течения в шнеке с радиальным зазором как системы с распределенной обратной связью, описываемой дифференциальным уравнением с запаздывающим аргументом // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2012. - Т. 5, № 1. - С. 107-113. DOI
9. Петров И.А., Славнов Е.В. Модель утечек через радиальные зазоры в одношнековом экструдере со слабо линейно изменяющейся по длине геометрией шнека // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2012. - Т. 5, № 4. - С. 461-468. DOI
10. Syrjälä S. Numerical simulation of nonisothermal flow of polymer melt in a single-screw extruder: a validation study // Numer. Heat Tr. A-Appl. - 2000. - Vol. 37, no. 8. - P. 897-915. DOI
11. Rauwendaal C. Finite element studies of flow and temperature evolution in single screw extruders // Plastics, Rubbers and Composites. - 2004. - Vol. 33, no. 9-10. - P. 390-396. DOI
12. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галёркина. - М.: Мир, 1988. - 352 с.
13. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. - М.: Мир, 1991. - Т. 1. - 504 с.
14. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. - М.: Мир, 1991. - Т. 2. - 552 с.
15. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. - М.: Наука, 1984. - 285 с.
16. Самарский А.А. Теория разностных схем. - М.: Наука, 1989. - 616 с.
17. Щербинин А.Г., Труфанова Н.М., Янков В.И. Влияние зазора между гребнем нарезки червяка и корпусом на работу экструдера // Химические волокна. - 1998. - № 1. - С. 44-48. DOI
18. Щербинин А.Г., Труфанова Н.М., Янков В.И. Пространственная математическая модель одночервячного пластицирующего экструдера. Сообщение 1. Математическая модель процесса тепломассопереноса полимера в канале экструдера // Пластические массы. - 2004. - № 6. - С. 38-41.
19. Щербинин А.Г., Труфанова Н.М., Янков В.И. Пространственная математическая модель одночервячного пластицирующего экструдера. Сообщение 2. Математическая модель по определению температуры шнека // Пластические массы. - 2004. - № 8. - С. 38-40.
20. Труфанова Н.М., Щербинин А.Г., Янков В.И. Плавление полимеров в экструдерах М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2009. 336 с.
###
Rauvendaal’ K. Ekstruzia polimerov. - SPb.: Professia, 2010. - 768 s.
2. Tadmor Z., Gogos K. Teoreticeskie osnovy pererabotki polimerov. - M.: Himia, 1984. - 632 s.
3. Mohr W.D., Mallouk R.S. Flow, power requirement, and pressure distribution of fluid in a screw extruder // Ind. Eng. Chem. - 1959. - Vol. 51, no. 6. - R. 765-770. DOI
4. Ankov V.I., Pervadcuk V.P., Boarcenko V.I. Processy pererabotki voloknoobrazuusih polimerov (metody rasceta). - M.: Himia, 1989. - 320 s.
5. Ankov V.I. Issledovanie i razrabotka metodov rasceta snekovyh nasosov i apparatov nepreryvnogo rastvorenia polimerov v proizvodstve sinteticeskih volokon / Diss.. dokt. tehn. nauk: 05.04.09. - Kalinin, VNIISV, 1980. - 450 s.
6. Ankov V.I., Slavnov E.V., Urzunceva S.I. Snekovye masiny s prodol’noj cirkulaciej zidkosti. Soobsenie 1. Naporno-rashodnye harakteristiki // Himiceskie volokna. - 2003. - No 2. - S. 54-59. DOI
7. Slavnov E.V., Sudakov A.I., Buzmakova S.V. Model’ radial’nyh utecek s cirkulaciej v odnozahodnyh snekovyh masinah // Vycisl. meh. splos. sred. - 2008. - T. 1, No 4. - S. 88-96. DOI
8. Petrov I.A., Slavnov E.V. Modelirovanie tecenia v sneke s radial’nym zazorom kak sistemy s raspredelennoj obratnoj svaz’u, opisyvaemoj differencial’nym uravneniem s zapazdyvausim argumentom // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 1. - S. 107-113. DOI
9. Petrov I.A., Slavnov E.V. Model’ utecek cerez radial’nye zazory v odnosnekovom ekstrudere so slabo linejno izmenausejsa po dline geometriej sneka // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 4. - S. 461-468. DOI
10. Syrjala S. Numerical simulation of nonisothermal flow of polymer melt in a single-screw extruder: a validation study // Numer. Heat Tr. A-Appl. - 2000. - Vol. 37, no. 8. - P. 897-915. DOI
11. Rauwendaal C. Finite element studies of flow and temperature evolution in single screw extruders // Plastics, Rubbers and Composites. - 2004. - Vol. 33, no. 9-10. - P. 390-396. DOI
12. Fletcer K. Cislennye metody na osnove metoda Galerkina. - M.: Mir, 1988. - 352 s.
13. Fletcer K. Vycislitel’nye metody v dinamike zidkostej. - M.: Mir, 1991. - T. 1. - 504 s.
14. Fletcer K. Vycislitel’nye metody v dinamike zidkostej. - M.: Mir, 1991. - T. 2. - 552 s.
15. Paskonov V.M., Polezaev V.I., Cudov L.A. Cislennoe modelirovanie processov teplo- i massoobmena. - M.: Nauka, 1984. - 285 s.
16. Samarskij A.A. Teoria raznostnyh shem. - M.: Nauka, 1989. - 616 s.
17. Serbinin A.G., Trufanova N.M., Ankov V.I. Vlianie zazora mezdu grebnem narezki cervaka i korpusom na rabotu ekstrudera // Himiceskie volokna. - 1998. - No 1. - S. 44-48. DOI
18. Serbinin A.G., Trufanova N.M., Ankov V.I. Prostranstvennaa matematiceskaa model’ odnocervacnogo plasticiruusego ekstrudera. Soobsenie 1. Matematiceskaa model’ processa teplomassoperenosa polimera v kanale ekstrudera // Plasticeskie massy. - 2004. - No 6. - S. 38-41.
19. Serbinin A.G., Trufanova N.M., Ankov V.I. Prostranstvennaa matematiceskaa model’ odnocervacnogo plasticiruusego ekstrudera. Soobsenie 2. Matematiceskaa model’ po opredeleniu temperatury sneka // Plasticeskie massy. - 2004. - No 8. - S. 38-40.
20. Trufanova N.M., Serbinin A.G., Ankov V.I. Plavlenie polimerov v ekstruderah M.-Izevsk: NIC <>, 2009. 336 s.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2014 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
