Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Краткие теоретические сведения



Н.М.Труфанова

 

 

ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ

 

 

методическое пособие к лабораторным занятиям

 

Пермь 2010

 

УДК 621.315

 

Рецензент: Ковригин Л.А., д.т.н., профессор кафедры КТЭИ;

 

 

Утверждено на заседании кафедры КТЭИ, протокол № 13 от 01.06.2010 г.

 

Труфанова Н.М.

Переработка полимеров: методическое пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2010. – 36 с.

 

 

Пособие используется при выполнении лабораторных занятий в компьютерном классе. Моделируются и исследуются процессы движения и теплообмена при производстве кабелей с пластмассовой изоляцией. Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальности 140611 «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника

 

УДК 621.315

 

 

Ó Пермский государственный

технический университет, 2010

 

 

Методические указания к лабораторной работе №1 «Расчёт зоны загрузки»

Краткие теоретические сведения

Большинство экструдеров, применяемых при переработки пластмасс, являются пластицирующими, где полимер, загружаемый в виде гранул, перемещается в загрузочной воронке под действием сил тяжести, заполняет канал червяка, в котором транспортируются за счет сил трения, затем плавятся или пластицируются за счет тепла, подаваемого извне, и выдавливается под большим давлением через формующую головку. Таким образом, процесс экструзии включает в себя четыре элементарных стадии, разделенные по зонам: загрузки, задержки плавления, плавления и дозирования.

Рассмотрим зону загрузки. Твердый материал в канале зоны загрузки продвигается вдоль канала за счет сил трения, возникающих между полимером и цилиндрической поверхностью корпуса.

Материал, захваченный цилиндрической поверхностью, наталкивается на встречающийся толкающий гребень шнека и продвигается по винтовому каналу.

В общем случае сила трения пропорциональна нормально действующей силе на поверхность, не зависимо от площади контакта:

Сила трения обусловлена двумя факторами: адгезией (преодоление взаимодействия между молекулами) и пропахиванием частиц одного материала другом.

Зависимость между нормально действующей силой и силой трения не всегда линейна, т.к. коэффициент трения может зависеть от температуры и давления.

Рассмотрим модель движения пробки по каналу зоны загрузки, представленную на рис.1. Здесь: верхняя пластина (цилиндрическая поверхность корпуса) движется с постоянной скоростью V0, Р – давление в канале, Sa и Sb – площади верхней и нижней пластины

 

 

 

Рис.1. Упрощенная модель движения пробки в канале зоны загрузки

 

Пробка гранул перемещается со скоростью V0, если коэффициент трения между гранулятом и цилиндром больше, чем коэффициент трения между гранулятом и червяком.

Расчет процессов переноса в зоне загрузки заключается в определении поля температур, давления по длине зоны и длины зоны загрузки.

Введем следующие допущения:

· канал развернут на плоскость

· используем принцип обращенного движения

· процесс стационарный

· свойства материала постоянны

· диффузия в направлении оси движения пренебрежимо мала

· процесс установившийся

· влияние боковых стенок не учитывается.

 

Выделим в пробке гранул элементарный объем, рис 2 .

 

Рис.2. Силы, действующие на элементарный объём.

Спроектируем все силы, действующие на элемент, на ось z:

; (1)

; ; (2)

; . (3)

где F1 – сила трения на боковых поверхностях;

F2 – сила трения на дне элемента;

Fb – сила трения на внутренней цилиндрической поверхности корпуса;

f1 и f2 – коэффициенты трения;

φ- угол транспортировки.

;

Подставим выражения (2),(3) в (1):

(4)

Все члены уравнения (5) разделим на Fz:

 

(5)

где Р0 – атмосферное давление, МПа.

Расчет зоны загрузки складывается из двух расчетов, которые могут при ряде допущениях производиться раздельно:

- расчет давления по длине канала;

- расчет температурного поля по высоте и длине канала, определение длины зоны загрузки.

В том случае, когда коэффициент трения зависит от температуры (см. рис. 4), а граничные условия по температуре зависят от давления (давление увеличивается по длине зоны загрузки), то расчет давления и температуры ведут совместно. Задача является связанной, а для решения используют итерационный метод.

 

Рис. 4. Зависимость коэффициента трения от температуры для полимеров: 1 – ПВХ; 2 – полиамид 6.6 (сорт А); 3 – полиамид 6.6; 4 – полиамид 6.6 (сорт В); 5 – полипропилен; 6 – полиэтилен.

Уравнение энергии, описывающее процесс теплопереноса в канале имеет вид:

(6)

Граничные условия:

- температура шнека, °С;

- температура корпуса, °С;

- температура загружаемого материала, °С.

Зона загрузки заканчивается там, где появляется тонкая пленка расплава около внутренней поверхности цилиндрического корпуса, т. е. в некоторой точке сечения пробки полимера (прилегающей к поверхности корпуса) температура превышает температуру плавления Ti³Tm.

Для решения уравнения (6) с соответствующими граничными условиями следует использовать метод конечных разностей.

Геометрические данные экструдеров и их режимы работы приведены в табл.2.

Теплофизические характеристики полимерных материалов приведены в табл.1 и на рис.1. в приложении.

Задание

В соответствии с заданным вариантом задания выполнить следующие расчеты:

1) Для заданного номинального технологического режима:

– Разработать алгоритм и расчетную программу.

– Определить угол транспортировки j .

– Определить длину зоны загрузки.

–Рассчитать температурное поле по длине и ширине канала.

– Исследовать влияние на процесс следующих факторов: температуры корпуса, начальной температуры материала, температуры шнека, частоты вращения шнека, расхода материала и теплофизических характеристик материала.

2) Построить графики полученных зависимостей.

3) Оформить отчет.

Исходные данные

 

Таблица 1. Свойства материалов.

λs Дж/м/с/°С ρs кг/м3 cs Дж/кг/°С T0/Tm °С
0.28 15/110
0.22 921 20/110
0.28 1019 25/110
0.30 16/110
0.25 870 17/110
0.28 850 18/110
0.33 950 19/110
0.28 890 21/110
0.32 850 22/110
0.30 23/110
0.24 24/110
0.27 820 25/110
0.31 830 10/110
0.31 11/110
0.27 807 12/110
0.29 920 13/110
0.35 830 14/110
0.32 855 15/110
0.36 930 16/110
0.27 17/110
0.29 18/110
0.34 910 19/110
0.31 920 20/110
0.35 880 21/110
0.37 900 22/110

 

 

Таблица 2. Геометрические и техногогические характеристики экструдеров

Номер варианта Диаметр шнека, Db, м Угол нарезки, θ,гр. Шаг нарезки, L,м Ширина гребня, м Высота канала в з. з., H, м Скорость вращения, об/мин n Расход мате-риала, Q,кг/с Темпе-ратура, Тb°С
0.09 17.67 0.09 0.008 0.0144 0.0185 100-185
0.12 17.67 0.12 0.011 0.015 0.0457 100-185
0.15 17.95 0.15 0.015 0.015 0.07041 100-185
0.16 17.67 0.16 0.017 0.017 0.0786 100-180
0.09 17.67 0.09 0.009 0.015 0.01944 100-180
0.0381 17.67 0.04 0.00635 0.0061 0.002707 20-184
0.1 17.67 0.1 0.01 0.01325 0.02142 150-195

 

1.4 Контрольные вопросы

 

Чем обусловлена сила трения?

Что обозначает коэффициент к?

Что происходит с материалом в зоне загрузки?

В каких случаях расчет давления и температуры в зоне загрузки ведут совместно?

Поясните как продвигается материал в канале зоны загрузки?

Что такое угол транспортировки и угол нарезки?





©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.