Кафедра КТЭИ
Переработка полимеров
Лабораторная работа
"Расчёт зоны плавления"
2009
Цель лабораторной работы - изучение процессов тепломассопереноса полимера в зоне плавления червячного пресса. Задачей лабораторной работы является исследование влияния геометрических, технологических и физических факторов на изучаемый процесс с использованием метода математического моделирования.
Задание
В соответствии со своим вариантом задания выполнить следующие расчеты.
1) Для заданного номинального технологического режима:
– разработать алгоритм и расчетную программу;
– рассчитать компоненты скоростей и относительную скорость;
– определить длину зоны плавления, определить Ф и Y; определить длину зоны плавления для канала постоянной глубины, для канала переменной глубины;
– рассчитать ширину твердой пробки в зависимости от длины зоны плавления или для канала постоянной или переменной глубины соответственно;
– определить распределение скорости плавления по длине;
– рассчитать распределение температуры по высоте канала в пяти различных сечениях в зоне плавления для жидкой и твердой фаз соответственно.
2) Исследовать влияние на процесс плавления полимера следующих факторов:
– температуры корпуса;
– начальной температуры материала;
– частоты вращения шнека;
– расхода материала;
– физико-механических свойств материала;
– угла конусности винтовой нарезки червяка.
3) Провести анализ полученных закономерностей процессов тепломассопереноса полимера в зоне плавления экструдера.
4) Построить графики полученных зависимостей.
5) Оформить отчет.
Исходные данные
Таблица 1. Параметры экструдера Номер варианта Диаметр шнека, м Угол нарезки, гр. Шаг нарезки, м Ширина гребня, м Высота канала в з. п., м Скорость вращения, об/мин Расход мате-риала, кг/с Темпе-ратура в з. п., °С 5 0.09 17.67 0.09 0.009 0.015-0.007 60 0.01944 220-250
Таблица 2. Физико-механические параметры
№
ls \lm
Дж/м/с/×°С
rs\ rm
кг/м3
cs \cm
Дж/кг×°С
μ
Па·с
Тs,
°С.
3 0.22\ 0.25 930 \1000 2010\2060 12000 25
Тb=235 oC, - температура корпуса; Tm=140 oC, - температура плавления полимера.
Краткие теоретические сведения
Для математического описания процессов движения и плавления в канале пластицирующего экструдера возможно использовать различные подходы, основанные на тех или иных упрощающих предположениях. Наиболее простой математической моделью процесса плавления является модель З.Тадмора, позволяющая в одномерной постановке определить зависимость длины зоны плавления от различных технологических, геометрических характеристик и свойств перерабатываемого материала.
Допущения модели Тадмора:
1) кривизной канала пренебрегаем;
2) процесс стационарный;
3) расплав является ньютоновской жидкостью;
4) в целом задача одномерная;
5) характеристики материала постоянны;
6) пробка гранул имеет прямоугольную форму;
7) плавление происходит только у внутренней поверхности корпуса;
8) температура пробки гранул изменяется только по высоте канала;
Представление процессов движения и теплообмена полимеров основывается на законах сохранения массы, количества движения и энергии.
Главной задачей исследования является нахождение длины зоны плавления, которая определяется длиной канала, где ширина твердой фазы обращается в нуль.
Обозначим ширину пробки гранул через X, получим зависимость X=X(z), т. ............
