Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Математическое моделирование процессов тепломассопереноса, фазовых превращений неньютоновских материалов в шнековых аппаратах

Диссертация: Математическое моделирование процессов тепломассопереноса, фазовых превращений неньютоновских материалов в шнековых аппаратах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Как правило, используется обычный (классический) шнек, процессы теп-ломассопереноса в котором достаточно хорошо изучены. Однако иногда приходится сталкиваться с конструкциями, в которых расплав в зоне плавления отделен от твердой части дополнительным (барьерным) гребнем. При этом ныне существующие одномерные математические модели таких шнеков вследствие чрезмерной упрощенности не способны… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Общие положения и состояние проблемы
    • 1. 1. Реологические и теплофизические свойства полимерных материалов
    • 1. 2. Процессы плавления в каналах пластицирующих экструдеров
      • 1. 2. 1. Процессы плавления в канале классического экструдера
      • 1. 2. 2. Основные методы интенсификации плавления в пластицирующих экструдерах
  • 2. Математическое описание процессов при движении полимера в винтовых каналах пластицирующих экструдеров
    • 2. 1. Постановка задачи
    • 2. 2. Математическое моделирование процесса
    • 2. 3. Метод решения
  • 3. Сравнение теоретических данных с экспериментальными и результатами, полученными с использованием других математических моделей
    • 3. 1. Сравнительный анализ теоретических данных с эксперименталны
    • 3. 2. Сравнение результатов, полученных по предложенной модели, с имеющимися в научной литературе
    • 3. 3. Выводы по главе
  • 4. Численное исследование процессов плавления полимерных материалов в каналах экструдеров неклассической геометрией
  • 5. Использование предложенной модели на практике
    • 5. 1. Сравнительный анализ работы классических и неклассических шнеков
    • 5. 2. Влияние зазора над барьерным гребнем на работу пластицирующего экструдера
  • -35.3 Влияние реологических свойств расплава полимера и технологического режима на работу пластицирующего экструдера
    • 5. 4. Выбор температурного режима переработки полимера
    • 5. 5. Выводы по главе

Математическое моделирование процессов тепломассопереноса, фазовых превращений неньютоновских материалов в шнековых аппаратах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Полимеры в электротехнической промышленности являются основной составной частью большого числа конструкций и конструкционных материалов, поэтому совершенствование процессов переработки и проектирование нового технологического оборудования представляет собой одну из важнейших задач любого исследования в этой области. На сегодняшний день около 60% мирового производства пластических масс перерабатывается методом экструзии, к преимуществу которого следует отнести непрерывность и возможность совмещения с другими технологическими операциями. В связи с этим процесс экструзии нашел широкое применение в таких отраслях промышленности, как кабельная, химическая и др. Основным рабочим органом экструдера является обогреваемый электрический корпус, внутри которого вращается шнек.

Как правило, используется обычный (классический) шнек, процессы теп-ломассопереноса в котором достаточно хорошо изучены. Однако иногда приходится сталкиваться с конструкциями, в которых расплав в зоне плавления отделен от твердой части дополнительным (барьерным) гребнем. При этом ныне существующие одномерные математические модели таких шнеков вследствие чрезмерной упрощенности не способны адекватно описать рассматриваемый процесс, а проведение исследований на промышленном оборудовании трудоемко и сопряжено с большими материальными и временными затратами. Кроме того, физический эксперимент на таком оборудовании не всегда позволяет выявить скрытые особенности изучаемого процесса, а точность экспериментальных значений порой столь же сомнительна, сколь и точность расчетных данных.

Поэтому наиболее рациональным и эффективным решением данной проблемы является разработка математической модели, адекватно описывающей исследуемый процесс и базирующейся на минимальном числе упрощающих предположений.

Целью данной работы является разработка пространственной математической модели процессов тепломассопереноса полимера в экструдерах с неклассической геометрией шнека в условиях фазового перехода, с учетом нелинейности свойств материала и изменяющейся геометрии.

Работа выполнена в Пермском Государственном техническом университете на кафедре «Конструирование и технология электрической изоляции» и является составной частью хоздоговорной работы, проводимой для АО «Камкабель» .

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка и приложения.

5.5 Выводы по главе.

1. Произведено сравнение барьерных шнеков с классическим. Показано, что из всех барьерных шнеков наилучшими характеристиками (скорость плавления, развиваемое давление) обладает шнек Бара.

2. Изучено влияние геометрических, реологических, технологических параметров на характеристики экструдера. Построены диаграммы длин зон плавления, напорно-расходные характеристики и зависимости различных величин по длине канала.

3. С целью использования шнека МЕ-90 для производства кабеля марки КПБП подобран технологический режим, позволяющий скорректировать процесс плавления и обеспечить качество готовой продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Разработана пространственная математическая модель зоны плавления экструзионных агрегатов с неклассической геометрией шнека, с учетом нелинейности теплофизических и реологических свойств материала.

2. В результате решения поставленной задачи получены поля температур, функции тока и вихря в канале шнека, изменение формы пробки, градиента давления, давления, эпюры составляющих скоростей как в продольном, так и в поперечном направлениях, а также длины функциональных зон.

3. В ходе сопоставления результатов, полученных по предложенной модели с данными эксперимента и результатами, полученными другими авторами, показана адекватность математической модели исследуемому процессу.

4. Проведены численные исследования закономерностей процессов теп-ломассопереноса при экструзии полимеров. Исследовано влияние конструкции барьерного гребня, геометрических, реологических и технологических параметров на характеристики экструдера. Отмечены особенности работы экстру-дера в зависимости от тех или иных исходных параметров.

5. При помощи разработанной математической модели проведено сравнение рабочих характеристик барьерных шнеков с классическим. Для каждого шнека построены напорно-расходная характеристика, распределение средней температуры полимера и изменение расхода твердой фазы по длине канала.

6. Рассмотрены вопросы повышения качества готовых изделий на действующем экструзионном оборудовании. Предложен технологический режим изготовления кабеля марки КПБП, позволяющий существенно снизить область локальных перегревов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С. Течение полимеров. — М.: Мир, 1971. — 260 с.
  2. Г. В., Малкин, А .Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977. — 440 с.
  3. Тадмор 3. Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. -М.: Химия, 1984, — 632 с.
  4. В.Г. Основы технологии переработки пластических масс. -Л.: Химия, 1983.-304 с.
  5. Э. Переработка термопластических материалов. М.: Химия, 1965 — 747 с.
  6. В.И., Первадчук В. П., Боярченко В. И. Процессы переработки волокнообразующих полимеров (методы расчета). М.: Химия, 1989. -320 с.
  7. Мак-Келви Д. М. Переработка полимеров. М.: Мир, 1965. — 444 с.
  8. Реология полимеров. Температурно-инвариантная характеристика аномально-вязких жидкостей./Г.В. Виноградов, А. Я. Малкин, Н. В. Прозоровская и др./ Докл. АН СССР, 1963, т.150, N 3, с 574−577.
  9. Реология полимеров. Об универсальности температурно-инвариантной характеристики вязких полимеров в концентрированном состоянии. /Г.В. Виноградов, А. Я. Малкин, Н. В. Прозоровская и др./ Докл. АН СССР, 1964, т. 154, N 4, с 890−893.
  10. В.А. Динамика процессов переработки пластмасс в червячных машинах. М.: Машиностроение, 1972. — 150 с.
  11. В. Elbirli, J.T. Lindt. Matematical modeling of melting of polymers in barrier-screw extruders. Polym. Eng. Sci. 1983. V. 23. N 2. p. 86−94.
  12. K. Amellal, B. Elbirli. Performance study of barrier screws in the transition zone. Polym. Eng. Sci. 1988. V. 28. N 5. p. 311−320.-8913. Chan I. Chung. A Guide to better extruder screw design. Plastics Eng.1977, February, p. 34−37.
  13. Chia Y. Cheng. Barriers add effectiveness to screw design. Plastics End.1978, November p. 32−34.
  14. Moddock B.H. A visual analysis of flow and mixing in extruder screws. -SPE Journal, 1959, bd.15, n.5, p. 383−389.
  15. Street L.F. Plastyfing extrusion. Intern. Plast. Eng., 1961, bd.7, July, p.289−296.
  16. Tadmor Z., Duvdevani L. J., Klein I. Melting in plasticating extruders. Theory and experiments. Polym Eng. Sei. 1967, V. 7, N 3, p. 198−217.
  17. I., Tadmor Z. //Polymer Eng. Sei. 1969, V. 9, N l, p. 11−21.
  18. Chung C.I. A new theory for single-screw extrusion. Modern. Plast., 1968, N. 9, p. 178−198.
  19. P.B. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1977, — 460 с.
  20. Donovan R.C., Thomas D.E., Leversen L.D.// Polymer Eng. Sei. 1971, V. 11, N 5, p. 353−360.
  21. Donowan R.C.// Polymer Eng. Sei. 1971, V. 11, N 6, p. 484−491.
  22. Edmonson I.R., Fenner R.T. Melting of thermoplastics in single screw extruders. Polymer, 1975, V. 16, N 1, p. 49−56.
  23. Lindt J.T. A dynamic melting model for the single-screw extruder. -Polymer Eng. Sei., 1976, V. 16, N 4, p. 284−291.
  24. Lindt J.T. Pressure development in the melting zone of a single screw extruder. Polymer Eng. Sei., 1981, V. 21, N 17, p. 1162−1166.
  25. Elbirli В., Lindt J.T. Mathematical modeling of melting of polymers in single screw extruder. — Polymer Eng. Sei., 1984, V. 24, N 12, p. 988−999.
  26. Shapiro J., Haimos A.L., Pearson J.R.A. Melting in the single screw extruders. Polymer, 1976, Y.16, N 10, p. 905−918.-9028. Kalmos A.L., Pearson J.R.A., Troinow. Melting in single screw extruders. -Polymer, 1978, V. 19, N 10, p. 1199−1216.
  27. Martin G. Beitgrad zur bestimmung der Ausschmelslange im Gewindegang einer Einschneckenpresse. Kunststofftechnik, 1969, 8, N 7, s. 238−246.
  28. Donovan R.C., Thomas D.R., Leversen L.D. An experimental study of plasticating in a reciprocating-screw injection molding machine. Polymer Eng. Sei, 1971, 11, N 5, p. 353−360.
  29. Mount S. M, Chang C.J. Melting behavior of solid polymers on a metal surface at processing conditions. Polymer Eng. Sei., 1978, V. 18, N 9, p. 711−720.
  30. Fukase H, Nunoi T, Shinia S, Nemura A. A plasticating model for singlescrew extruder. Polymer Eng. Sei, 1982, V. 22, N 9, p. 578−586.
  31. Rauwendaal C. An improved analytical melting theory. Advances in Polymer Technology, 1989, V. 9, N 4, p. 331−336.
  32. Agur A, Vlachopoulos J. Numerical simulation a single screw plastication extruder. Polymer Eng. Sei, 1982, V. 22, N 17, p. 1084−1094.
  33. Басов Н. И, Володин И. Н, Казанков Ю. В. и др. Гидродинамика и теплообмен при плавлении в винтовом канале шнекового аппарата. -М.: Наука. Теоретические основы химической технологии, 1983, т. 17, Nl, c.72.
  34. Schneider К. Druckusbreitung und druckverteilung in Schuttgutern. -Chem. Ind. Tech, 1969, 41, 142.
  35. Техника переработки пластмасс. Под редакцией В. И. Басова и В. Броя. М.: Химия, 1985. -517с.
  36. Басов Н. И, Казанков Ю. В, Любартович В. А. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов. М.: Химия, 1986. 448с.
  37. Скачков В. В, Торнер Р. В, Стунгур Ю. В. Моделирование и оплимизация экструзии полимеров. Л.: Химия, 1984. — 152с.
  38. В.П., Труфанова Н. М., Янков В. И. Математическая модель плавления полимерных материалов в экструдерах. Ч. 1. /Химические волокна, 1984, N3, с. 51−53.
  39. В.П., Труфанова Н. М., Янков В. И. Математическая модель и численный анализ процессов теплообмена при плавлении полимеров в пластицирующих экструдерах. //ИФЖ. 1985, N 1, с. 75−78.
  40. Aufschmelzprozesspolymerer Materiellen im Plastizier-extruder./ W.P. Perwadtschuk, E.-O. Reher, N.M. Trufanowa, W.I. Jankow. Plast u Kautschuk, 1986, Bd. 33, N 3, s. 102−105.
  41. В.М., Полежаев В. И., Чудов Л. А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука. — 1984. — 285с.
  42. А.Г. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса при экструзии полимеров, //диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь, 1994.
  43. П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. — 616с.
  44. A.B., Веселов И. В. В кн. Машины и технология переработки полимеров в изделия. М: МИХМ 1977, с. 76−79.
  45. .А. и др. Химическое и нефтяное машиностроение. 1976, N12, с. 14−17.
  46. С.М., Лурье Б. А. Пластические массы. 1977, с.32−33.
  47. К.А. и др. Труды МИХМ, вып.54, с. 42−48.
  48. Barr R. Solid-bed melting mechanism the first principle of screw design/ - Plastics Engineering, 1981, January, p. 37−41.
  49. Вопросы экструзии термопластов. Сб. переводов под редакцией А. Н. Левина. — М.:изд. иностр. лит., 1963. — 336с.
  50. Д. Введение в динамику жидкости. М.:Мир, 1973.-760с.
  51. Р.В., Гудкова А. Ф., Николаев И. К. Прямолинейно-параллельное установившееся движение аномально-вязкой жидкости между двумя параллельными стенками. Мех. Полимеров, 1965, N 6, с.138−145.
  52. Р.В., Гудкова А. Ф. Объемный расход в плоском сходящемся вынужденном потоке несжимаемой аномально-вязкой жидклсти. -Мех. полимер., 1966, N 1, с. 116−122.
  53. И.М., Левин А. Н. Решение некоторых задач, связанных с течением расплавленных полимеров в червячных прессах. Хим. машиностроение, 1961, N 6, с. 29−33.
  54. И.Н., Захаркинская С. В., Листов А. Т. О течении в экструдере. Мех. полимер., 1969, N 5, с. 924−927.
  55. С.А., Боярченко В. И., Каргополова Г. Н. Течение неньютоновской жидкости в канале винта экструдера в условияхсложного сдвига. В кн.:Реофизика и реодинамика текучих систем. Минск: Наука и техника, 1970, с. 111−121.
  56. О.В., Скульский О. И., Славнов Е. В. Тепловые режимы в процессе шнекования. В кн.: Неизотермическое течение вязкой жидкости, Свердловск: УНЦ. АН. СССР, 1985, с. 56−60.
  57. А.Г., Труфанова Н. М., Сырчиков И. Л. Влияние потоков утечек на расходно-напорные характеристики экструдера. Материалы 10 зимней школы по механике сплошных сред. Пермь, 1995, с.241−242.
  58. А.Г., Труфанова Н. М., Сырчиков И. Л. Выбор оптимальных технологических параметров при наложении пластмассовой изоляции. Материала XXYIII научно технической конференции ЭТФ ПГТУ. Пермь (ПГТУ), 1995, с.44−45.
  59. А.Г., Труфанова Н. М. Математическое описание и анализ процессов пластицирующей экструзии. Сборник научных трудов «Информационные управляющие системы». Пермь (ПГТУ), 1995, с. 122−126.
  60. Д. и др. Вычислительная гидродинамика и теплообмен. -М.: Мир, ч. 1, 1990 г.-382с.-9469. Андерсон Д. и др. Вычислительная гидродинамика и теплообмен. -М.: Мир, ч. 2,1990 г. 426с.
  61. А.Г., Черняев В. В., Труфанова Н. М. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса в зоне дозирования экструдера // Информационные управляющие системы. Сб. научных трудов. Пермь: ПГТУ. 1996. С. 100−106.
  62. В.В., Щербинин А. Г., Труфанова Н. М. Исследование процессов плавления полиэтилена в шнеке Бара // Вестник ПГТУ. Технологическая механика. Пермь: ПГТУ, 1996. N2. С. 102−110.
  63. В.В., Щербинин А. Г., Труфанова Н. М. Математическое моделирование зоны плавления экструдера с неклассическим шнеком // Информационные управляющие системы. Сб. научных трудов. -Пермь: ПГТУ, 1997. С. 144−148.
  64. В.В., Щербинин А. Г., Труфанова Н. М. Исследование влияния геометрии шнека на процесс плавления //Вестник ПГТУ. Полимерные материалы. Пермь: ПГТУ. 1997. N3. 47 54 с.
  65. Результатов научно- исследовательской работы
  66. X УТВЕРЖДАЮ -иректор АО «Камкабель» В. В. Смильгевич «/S 1998 г.
  67. В результате проведенных исследований получено решение ряда технологических задач, которые не могли быть решены на основе ранее существующих подходов.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!