Extrusion Russia Edition 3-2018

39 ЭКСТРУЗИЯ 3/2018 ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛОВ И КОМПАУНДИРОВАНИЕ Причиной неоднородности расплава может являться, на- пример, разный локальный диссипативный нагрев при сдвиге [3]. Эти отклонения температуры приводят к раз- ной вязкости в экструзионной головке, что в свою очередь приводит к неравномерному распределению скорости рас- плава по площади выходной щели [4]. Чтобы устранить эту проблему, часто используются статические смесители, которые повторно разделяют и рекомбинируют поток рас- плава перед входом в экструзионную головку, благодаря чему достигается однородное распределение температуры и материала в потоке расплава [5]. Расчет таких смесите- лей для использования в экструзии происходит преиму- щественно эмпирически, что может приводить к недоста- точной тепловой мощности смесителя, слишком высокой потере давления, а в самом худшем случае — к ухудшению температурной однородности, когда диссипированная в смесителе энергия приводит к локальному повышению температуры расплава [6]. По этой причине в Институте переработки пластмасс (IKV) при Рейнско-Вестфальском техническом универ- ситете Ахена RWTH (Ахен, Германия) была разработана среда модулирования на основе открытого программного обеспечения OpenFOAM (OpenFOAM Foundation, Лон- дон, Великобритания), использование которой позволяет спрогнозировать и улучшить характеристики статических смесителей. Среда моделирования и проектирование смесителя Для точного описания температурных свойств расплава, находящегося в статическом смесителе, в ПОOpenFOAM были добавлены новая программа расчета потока методом конечных объемов и прежде недоступная модель вязкости. Новая программа расчета потока основывается на суще- ствующем алгоритме SIMPLE для несжимаемых потоков. В нее был добавлен параметр «температура». Программа расчета учитывает перенос тепла посредством диффузии и адвекции, а также нагрев при сдвиге в качестве источника, и исходит из постоянной плотности, теплопроводности и теплоемкости расплава. Модель материала описывает вяз- кость расплава в зависимости от температуры и скорости сдвига с использованием уравнения Карро-ВЛФ. Далее представлены первые результаты моделирования статического смесителя типа SMB plus фирмы Promix Solutions GmbH, Вецлар, с номинальным диаметром 40 мм и длиной 120 мм. В качестве примера взят процесс экструзионно-выдувного формования пленки из полиэти- Тепловая гомогенизация расплава статическим смесителем Равномерное распределение расплава по всему выходному отверстию экструзионной головки является важной предпосылкой для обеспечения экономичного процесса экструзии пленки [1]. В стандартных методах моделирования экструзионных головок равномерному распределению расплава уделяется большое внимание, при этом разработчики обычно исходят из идеального изотермического течения расплава [2]. Однако на практике в расплаве, подаваемом в экструзионную головку, возникают локальные тепловые неоднородности. 120 мм Начальный участок Мелкая расчетная сетка Последующий участок Рис. 1. Статический смеситель и пространство моделирования/расчетная сетка с начальным и последующим участком (все рисунки: IKV)