Control of vortex structures of abnormally viscous fluids in the channels of the extrusion die

Sergey Nosko; Ihor Ahaiev

doi:10.15587/2312-8372.2018.128478

Автор(и)

Sergey Nosko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-8631-6118
Ihor Ahaiev Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-2776-7140

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2018.128478

Ключові слова:

раптове звуження каналу, вихрові структури, підведення витрат в радіальному напрямку

Анотація

Об'єктом дослідження є вихрові структури, що виникають при перебігу аномально-в'язких середовищ в каналах формувального обладнання. Одним з найбільш проблемних місць є недостатня вивченість процесів зародження і розвитку циркуляційних течій. Це пов'язано з тим, що гідродинамічні механізми цих процесів не зовсім зрозумілі. Причиною цього є відсутність точних аналітичних рішень, що дозволяють описати модель процесу і вибрати метод гідродинамічного управління вихровими структурами і на його основі удосконалити формуюче обладнання.

В ході досліджень встановлено, що найбільш дієвим способом управління гідродинамічними характеристиками потоку в області різкого звуження каналу є підведення додаткової витрати рідини в радіальному напрямку по відношенню до основного потоку. Розроблено конструкцію формуючої головки, яка дозволяє реалізувати режим змішування компонентів з поліпшеними технологічними та енергетичними показниками. Це пов'язано з тим, що запропонований метод управління вихровими структурами має ряд відмінних рис, зокрема екструдованна середа проходила через канали головки у вигляді раптового звуження, а потім по ходу течії, конусного розширення. Технологічний компонент, який підлягає змішанню, подається радіально в область вихрових структур із зоною зниженого тиску. Завдяки цьому забезпечується можливість зриву вихрових структур, турбулізація течії і інтенсивне змішання основного і додаткового потоків. У порівнянні з аналогічним відомим обладнанням в каналах головки не передбачено розташування змішувальних пристроїв і стаціонарних турбулізаторів, що знижує енерговитрати на процес екструзії. Крім того, надається можливість для подачі технологічного компонента в базовий потік використовувати насос меншої потужності.

Розроблений пристрій для введення технологічних компонентів в екструдованний матеріал оформлено патентом України № 201503942.

Біографії авторів

Sergey Nosko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки

Ihor Ahaiev, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кафедра прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки

Посилання

Torner, R. V. (1977). Teoreticheskie osnovy pererabotki polimerov. Moscow: Khimiya, 462.
Kutuzov, A. G., Kutuzova, G. S., Kutuzova, M. A., Garifullin, F. A. (2012). Bezvikhrevoe techenie vyazkouprugoy zhidkosti vo vkhodnom kanale ekstruzionnoy golovki. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 15 (21), 137–139.
Clemeur, N., Rutgers, R. P. G., Debbaut, B. (2004). Numerical simulation of abrupt contraction flows using the Double Convected Pom–Pom model. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 117 (2–3), 193–209. doi:10.1016/j.jnnfm.2004.02.001
Boger, D. V., Hur, D. U., Binnington, R. J. (1986). Further observations of elastic effects in tubular entry flows. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 20, 31–49. doi:10.1016/0377-0257(86)80014-3
Verbeeten, W. M. H., Peters, G. W. M., Baaijens, F. P. T. (2001). Differential constitutive equations for polymer melts: The extended Pom–Pom model. Journal of Rheology, 45 (4), 823–843. doi:10.1122/1.1380426
Cherry, E. M., Padilla, A. M., Elkins, C. J., Eaton, J. K. (2010). Three-dimensional velocity measurements in annular diffuser segments including the effects of upstream strut wakes. International Journal of Heat and Fluid Flow, 31 (4), 569–575. doi:10.1016/j.ijheatfluidflow.2010.02.029
Kutuzova, E. R., Tazyukov, F. Kh., Khalaf, Kh. A. (2014). Dinamika techeniya vyazkouprugoy zhidkosti cherez ploskoe 8:1 suzhenie. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 17 (16), 83–85.
Mackley, M., Rutgers, R. P., Gilbert, D. (1998). Surface instabilities during the extrusion of linear low density polyethylene. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 76 (1–3), 281–297. doi:10.1016/s0377-0257(97)00122-5
Miller, E., Rothstein, J. P. (2004). Control of the sharkskin instability in the extrusion of polymer melts using induced temperature gradients. Rheologica Acta, 44 (2), 160–173. doi:10.1007/s00397-004-0393-4
Tazyukov, F. Kh., Kutuzova, E. R., Snegirev, B. A. (2014). Potoki vyazkouprugikh zhidkostey modeley OLDROYD-B i FENE-P. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 17 (18), 120–122.
Tazyukov, F. Kh., Khalaf, H. A. (2010). Numerical simulation of the laminar flow of non-Newtonian fluid through a disk-type prosthetic heart value. Diyala Journal of Engineering Sciences, 26–39.
Tatamikov, A. A., Burtelov, L. V. (2004). Generalies mathematical model of the throughput of the pressuie zone of an extruder. International Polymer Science and Technology, 31 (12), 72–75.
Arda, D. R., Mackley, M. R. (2005). The effect of die exit curvature, die surface roughness and a fluoropolymer additive on sharkskin extrusion instabilities in polyethylene processing. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 126 (1), 47–61. doi:10.1016/j.jnnfm.2004.12.005
Nosko, S. V., Shevchuk, A. A. (2013). The structure of flow in the complex duct in a radial admission of escapages. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (62)), 57–60. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/12390
Nosko, S. V., Mossiychuk, V. A. (2011). Issledovanie kinematicheskikh kharakteristik potoka v kanalakh litnikovoy sistemy metodami vizualizatsii. Vestnik NTUU «KPI». Mashinostroenie, 62, 79–82.
Tager, A. A., Botvinnik, G. O., Dreval, V. E. (1970). Energiya i entropiya aktivatsii vyazkogo techeniya kontsentrirovannykh rastvorov polimerov. Moscow: Khimiya, 296.
Mikaeli, V. (2007). Ekstruzionnye golovki dlya plastmass i reziny. Konstruktsii i tekhnicheskie raschety. Saint Petersburg: Profesiya, 472.
Nosko, S. V., Shevchuk, A. A. (10.11.2015). Formuiuchyi prystrii dlia vvodu tekhnolohichnykh komponentiv v yekstrudovanyi material. Patent No. 102591 UA, MPK V29S47. Appl. No. 201503942. Filed: 24.04.2015. Bull. No. 21, 3.