Моделирование процессов, происходящих при экструзии неньютоновских жидкостей в условиях неизотермичности

• Автор: Нелюбин, Александр Афонасьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 139 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ М
1.1. Неизотермические течения упруговязких жидкостей Ц
1.2. Оценка влияния высокоэластичности на диссипацию механической энергии ^
1.3. Неньютоновские жидкости ^
1.4. Исследования, связанные с течениями неньютоновских жидкостей
1.4.1 .Уравнения движения £ ^
1.4.2. Принцип расщепления напряжений 2.
1.4.3. Безразмерные параметры
1.5. Численные исследования сходящихся течений 2
1.6 Экспериментальные исследования сходящихся течений
1.7.Выводы АО
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 4
2.1. Уравнения сохранения
2.1.1. Конститутивное реологическое уравнение АЗ
2.1.2 Разделение напряжений А
2.1.3. Анализ диссипативного слагаемого в уравнении энергии А
2.1.4. Температурная зависимость реологических параметров 1
2.2. Геометрия области течения 5°
2.3. Граничные условия
2.4. Выводы
3. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ $
3.1. Введение искусственной ВЯЗКОСТИ. 5А
3.2. Конечно-разностная формулировка
3.2.1. Дискретизация уравнения неразрывности
3.2.2. Дискретизация уравнения импульса

3.2.3. Дискретизация конститутивного уравнения 6
3.2.4. Дискретизация уравнения энергии 6
3.3. Влияние искусственной вязкости на сходимость алгоритма 6
3.4. Аппроксимация вблизи угловой точки 6 5"
3.5. Влияние размеров сетки на процедуру расчета 6 В
3.6. Выводы 6
4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
4.1. Результаты расчетов для ньютоновской жидкости 7
4.1.1. Метод решения
4.1.2. Ньютоновский случай (¥е = 0)
4.2 Результаты расчетов для упруговязкой жидкости (¥е Ф 0)
4.3. Учет температурной зависимости вязкости и времени релаксации 8 А
4.3.1. Анализ распределения температуры 8 А
4.3.2. Анализ распределения напряжений
4.3.3. Анализ зависимости давления от параметров процесса
4.4. Учет влияния упругости жидкости на диссипацию тепловой энергии
4.5 Влияние нагрева и охлаждения узкой части канала на радиальное распределение температуры 9
4.6 ВЫВОДЫ
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ ПРОДУКЦИИ ШИННОГО
ПРОИЗВОДСТВА у
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
рсрУ2112 число Пекле

ХУ2 число Вайссенберга

Б тензор скоростей деформации
Ь характерная длина, м
Р давление, Па
Т температура, К
У г характерная скорость - средняя аксиальная скорость жидкости
на выходе, м іс1 Уг продольная скорость, м-с
V, радиальная скорость, м-с

Компонента скорости в декартовой системе координат, м -с'
g гравитационное ускорение, м -с
I время, с
II второй инвариант тензора скоростей деформации
у скорость сдвига, с'
X время релаксации напряжения, с
р динамическая вязкость, Па ■с

Оу тензор напряжений
р плотность жидкости, кг-м
Тц тензор касательных напряжений
к Коэффициент теплопроводности

В работах Когсвелла [76] и Метцнера [77] показано, что расплав, движущийся через канал с резким сужающимся входом показывает течение в форме фужера с тонкой ножкой, показывающее основное течение расплава. Циркуляционные течения в угловых зонах создают вторичные течения, способные привести к дестабилизации струи экструдата.
В качестве превентивной меры, для разрушения вихревых зон, выравнивания потока экструдата и выравнивания температуры на выходе из формующей головки, используют различного рода решетки или пластинки из пористых материалов устанавливаемые перед сужением формующей головки. В работе Пиу, Нигена и Эль Кисеи [49] представлены результаты экспериментальных исследований влияния вкладок на устойчивость экструдатов, прозрачность расплавов и появление разрывов. В качестве полимера использовались расплавы полиэтилена высокой плотности (НОРЕ) и диметилси-локсана (РОМв).
На рис.1.6 представлены данные по вязкости этих полимеров [49].
10* к— I ,.,,,,„3,. 1,,., it, ,
11 (?».s) i (1>) ; :

* Г Ч :

10s .
1s (si
у VA.
ш' КГ КК К? к' к КГ1 ID’ It?
a) PDMS при t=23C, b) HDPE при t=185C
Рис.1.6 Зависимость вязкости от скорости сдвига
В качестве решетки использовались следующие перегородки или пористые материалы.