Extrusion 6-2021

Coanda-Effekt: Positiv oder Negativ? Im Zeitraum von 1999 bis 2005 führten Sidiropoulos et al. eine Reihe von simulativen Untersuchungen an ein- und zweilippi- gen Kühlringen durch [SV00a, SV00b, SV02, SV05, SWV99]. In diesen konnte der „Coanda-Effekt“ in der Blasfolienextrusion nachgewiesen werden. Die Kühlluft haftet an der Düsenlippen- kontur und wird von der Folienblase weggeführt, bis sie nach kurzer Zeit wieder auf die Folie trifft. Den Simulationsergebnis- sen nach kann dieser Effekt bei der Blasfolienextrusion aller- dings genutzt werden, um eine verbesserte Kühlleistung der Folienblase zu erreichen. Die zunächst von der Folienblase ab- gelenkte Kühlluft tritt nach kurzer Zeit wieder auf die Folie und führt zu einer Kompression der Strömungslinien, was den Wär- meentzug lokal erhöht [SV00a, SV00b, SV02]. Basierend auf diesen Untersuchungen führten Abdelmaksoud et al. weitere Untersuchungen durch [AAA10]. Während Sidiropoulos et al. einen positiven Einfluss des Coanda-Effekts auf die Wärmeab- Simulation als Tool zur Steigerung der Effizienz einer Blasfolienanlage? Etwa ein Drittel aller Kunststoff- produkte sind Verpackungsartikel, die wiederum zumeist aus Folien bestehen. Allen Produkten ist gemeinsam, dass sie mit hohen Massedurchsätzen hergestellt werden müssen, um eine maximale Effizienz der Produktionslinie zu gewährleisten. Dieser Durchsatz korreliert unmittelbar mit der Wärmeabfuhr aus der Folie, die in der Blasfolienextrusion meist konvektiv durch den Einsatz von Doppellippenkühlringen erfolgt. Für einen möglichst hohen Wärmeentzug ist eine enganlie- gende Kühlluftströmung an der Folienblase von großer Wichtig- keit. Die Kühlluftströmung wird jedoch durch den sogenannten „Coanda-Effekt“ beeinflusst, wel- cher das Anhaften eines strömen- den Mediums an einer Oberfläche beschreibt. Haftet die Kühlluft bei- spielsweise an der Kühlringlippe, kann dies zu einem Totgebiet im Strömungsfeld führen, wodurch sich der konvektive Wärmeentzug und somit der Massedurchsatz reduziert. 24 Blasfolienextrusion – Aus der Forschung Extrusion 6/2021 Bild 1: Konzeptionierung der Software-Umgebung Bild 2: Anforderungen und sich daraus ergebende Randbedingungen bei der Strömungsmodellierung fuhr in der Schlauchbildungszone nachweisen konnten, zeigen die numerischen Untersuchungen von Abdelmaksoud et al. ei- ne Beeinträchtigung des Wärmetransports durch den Coanda- Effekt [AAA10]. Daraus ergibt sich ein Widerspruch, sodass bislang keine ver- lässliche Aussage über den Einfluss des Coanda-Effekts getrof- fen werden kann. Daher wurde eine Vielzahl an Versuchen am IKV durchgeführt, welche zum Ziel hatten herauszufinden, ob der Coanda-Effekt nun einen positiven oder negativen Kühlein- fluss besitzt. Die wesentlichen Ergebnisse sind in Hopmann et al. zusammengefasst [HKFV21]. Über die Versuchsreihen hin- weg zeigte sich stets ein negativer Einfluss des Coanda-Effek- tes, sodass dieser bei der Prozessführung vermieden werden sollte. Da sich bei den Untersuchungen ein Einfluss zwischen der Düsenlippengeometrie und der Kühlringströmung bzw. dem Massedurchsatz ergab, ist eine Düsenlippengeometrie von Vorteil, welche den Coanda-Effekt auf ein Minimum reduziert. Anforderungen • Minimaler Aufwand bei der Erstellung neuer Rechengitter • Immersed-Boundary-Methode • 2-D axisymmetrische Simulation • Open-Source-Software OpenFOAM • ...schnell dank Finiter-Volumen-Methode • ...100% des Codes sind anpassbar • Minimaler Rechenaufwand • Minimale Kosten für Software • Schnelle Berechnung • Maximale Anpassbarkeit des Codes Lösung Anforderungen Strömung • Visualisierung der Strömungslinien entlang der Schlauchbildungszone • Strömung isotherm modellieren • Strömung kompressibel betrachten • Stationäre & turbulente Strömung Verwendung RANS-Turbulenz-Modell • Berücksichtigung des auftretenden Venturi-Effekts • Betrachtung einer Luftströmung Randbedingungen