Extrusion 6-2021

(Blender Foundation, Amsterdam, Niederlande) implementiert. Zudem erfolgt die Bestimmung der vorhandenen Grenzflächen zwischen Kühlluft und Kühlring sowie der Blasengeometrie als auch der Ein- und Austrittsflächen der Kühlluft. Anschließend werden die Geometrien entsprechend vernetzt. Die Vernetzung wird ebenfalls über die Software OpenFOAM realisiert. Mit der Überführung der Versuchsreihe in das Simulationsmodell erge- ben sich als Ausgangsparameter auf Basis der genannten Ein- gangsgrößen Strömungslinien, welche visualisiert dargestellt werden. Die Stromlinien werden daraufhin in mathematische Funktionen überführt, welche es erlauben die simulierten Stromlinien als einen Funktionsgraphen zu plotten, um die Stromlinien quantitativ mit den ebenfalls in Funktionsgraphen geplotteten Stromlinien der realen Versuche zu vergleichen. Simulation und Realität Nach der erfolgreichen Implementierung der Simulationsumge- bung wird eine erste beispielhafte Strömungssimulation durch- geführt. In einem ersten Schritt ist es wichtig herauszufinden, welche Darstellung die Kühlluftströmung am geeignetsten vi- sualisiert. In Bild 5 ist daher eine Simulation mit drei verschiede- nen Darstellungsfiltern für den unteren Bereich der Schlauchbil- dungszone inklusive des Doppellippenkühlrings dargestellt. Das obere Bild zeigt die Gesamtkühlluftströmung, inklusive der lokal vorherrschenden Kühlluftgeschwindigkeiten (farblich mar- kiert). Im mittleren Bild ist die Methode des „Particle Tracking“ angewendet, welches die Gesamtkühlluft auf einzelne Strö- mungslinien aufteilt. Diese Darstellung erlaubt eine genauere Visualisierung der Kühlluftströmung, da insbesondere Bereiche, in welchen eine Kompression stattfindet, sichtbar gemacht werden können. Das untere Bild wird neben der Darstellung der Gesamtkühlluftströmung um die Strömungslinien der Um- gebungsluft erweitert. Diese Darstellung erlaubt die Visualisie- rung des sich ausbildenden Wirbelgebietes (linker Bildaus- schnitt), welches sich negativ auf die Kühlleistung auswirkt. Vor dem Hintergrund, dass die Nebelfront der realen Kühlluft- strömung lediglich die Kühlluft des Kühlrings visualisiert und somit die Darstellung der Umgebungsluft nicht ermöglicht, wird letztere Darstellung nicht weiterverfolgt. Eine Darstellung, wie im oberen Bild gezeigt, ist auch nicht zielführend, da diese keine Visualisierung einer möglichen Kompression der Kühlluft- strömungslinien ermöglicht. Gerade diese Kompression ist nach Sidiropoulos et al. mitentscheidend für den Wärmetransport [SV00a]. Daher wird für die weiteren Versuche die mittlere Dar- stellung gewählt und mit der oberen Darstellung kombiniert, sodass neben der einzelnen Kühlluftlinien ebenfalls die Ge- schwindigkeitsprofile dargestellt werden können. Ein erstes Ergebnis dieser Kombination zeigt Bild 6 in einem di- rekten Vergleich mit einer realen Kühlluftströmung. Es zeigt sich, dass die Simulation die Realität bereits ziemlich gut abbil- den kann. Fazit und Ausblick Die Kühlluftströmung und damit der Anlagendurchsatz wird in der Blasfolienextrusion unteranderem durch den Coanda-Effekt beeinflusst. Das IKV forscht daher an einer Optimierung beste- hender Kühlringe, sodass durch eine gezielte Vermeidung des Coanda-Effekts Kühlleistungssteigerungen in der Blasfolienex- trusion möglich werden. Hierzu wurde ein numerisches Simula- tionsmodell entwickelt, mit welchem die Kühlluftströmung im Bereich der Schlauchbildungszone dargestellt werden kann. In weiteren Arbeiten soll dieses Modell dafür genutzt werden, die Kühlluftströmung in Abhängigkeit verschiedener Prozesspara- meter, Düsenlippengeometrie sowie Kühlluftvolumenstroman- teile innerhalb der Düsenlippen abzubilden. Die Validierung des Modells erfolgt dabei anhand einer Strömungsvisualisierung des Kühlluftstroms im realen Prozess, wofür ein entsprechender Versuchstand bereits konzipiert wurde [HKFV21]. Auf Basis der Simulationen soll zudem eine flexible Düsenlippe entwickelt und experimentell erprobt werden, mit der eine Anpassung der Bild 5: Verschiedene Darstellungen der zu visualisierenden Kühlluftströmung 26 Blasfolienextrusion – Aus der Forschung Extrusion 6/2021 Bild 4: Schematische Darstellung des am IKV entwickelten Doppellippenkühlrings inklusive unterschiedlicher Düsenlippendesigns [HKFV21] Obere Lippe Blasfolie Öffnungsweite Kühlluftzufuhr obere Lippe Eintritt Kühlluft Untere Lippe