بررسی مدل‌های پیش بینی کننده جریان سیال درون اکسترودر؛ بخش اول: مدل کاستر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دکترا تخصصی، استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ولی عصر(عج)، رفسنجان، ایران

چکیده

اکسترودر به عنوان یک ابزار شکل‌دهی مواد، تجهیزی اساسی و مهم در فرایند تولید در صنایع مختلف بسپاری از جمله صنعت لاستیک، صنایع مبتنی بر شکل‌دهی پلاستیک‌ها، صنایع غذایی و... محسوب می‌گردد. شناخت عوامل اثرگذار بر برونداد اکسترودر در پیش‌بینی عملکرد و تعیین نقاط بهینه‌ی کارکرد این نوع از تجهیزات بسیار موثر است. از این رو در پژوهش حاضر و در دو بخش به بررسی دو مورد از مهم‌ترین روش‌های مدل‌سازی جریان سیال درون اکسترودرها پرداخته می‌شود و نقاط ضعف و قوت هر یک در پیش‌بینی نیم‌رخ جریان و همچنین برونداد خروجی از اکسترودر مشخص می‌گردد. در بخش اول مدل کاستر(1) مورد بررسی قرار گرفته است و در بخش دوم که متعاقباً منتشر خواهد شد مدل تدمور و گاگس(2) مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتیجه‌ی بدست آمده از مدل کاستر برونداد خروجی از اکسترودر را به صورت رابطه‌ی صریحی از شعاع داخلی سیلندر، شعاع شفت ماردان، زاویه‌ی پره و سرعت زاویه‌ای ماردان پیش‌بینی می‌کند. برای جبران اختلاف بین برونداد نظری بدست آمده از مدل کاستر و برونداد واقعی اکسترودرها نیز ضریب عمکلرد واقعی (که در واقع نسبت برونداد واقعی به برونداد نظری است) تعریف شده است و نحوه محاسبه و استفاده از آن بیان گردیده است. نکته قابل اهمیت که تاکنون در مورد مدل‌های مربوط به اکسترودرها مغفول مانده است این می‌باشد که با وجود ساده‌سازی‌های مختلف در تبیین آن‌ها، می‌توان از نتایج حاصل از این مدل‌ها برای پیش‌بینی قابل قبولی از عملکرد اکسترودرهای مختلف در صنایع از جمله صنعت لاستیک استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


 

[1] Giles Jr, H.F., E.M. Mount III, and J.R. Wagner Jr, Extrusion: the definitive processing guide and handbook. 2004: William Andrew.
[2] Tadmor, Z. and C.G. Gogos, Principles of polymer processing. 2013: John Wiley & Sons.
[3] Rauwendaal, C. and P. Extrusion, Hanser Publishers. 1986, Munich, Vienna, New York.
[4] Burbidge, A. and J. Bridgwater, The single screw extrusion of pastes. Chemical engineering science, 1995. 50(16): p. 2531-2543.
[5] Engländer, A., A. Burbidge, and S. Blackburn, A preliminary evaluation of single screw paste extrusion. Chemical Engineering Research and Design, 2000. 78(5): p. 790-794.
[6] Botten, A., A. Burbidge, and S. Blackburn, A model to predict the pressure development in single screw extrusion. Journal of materials processing technology, 2003. 135(2-3): p. 284-290.
[7] Manepalli, P.H., et al., Mathematical modeling of flow behavior and cell structure formation during extrusion of starchy melts. Journal of Food Engineering, 2017. 198: p. 7-16.
[8] Lewandowski, A. and K. Wilczyński, Global Modeling of Single Screw Extrusion with Slip Effects. International Polymer Processing, 2019. 34(1): p. 81-90.
[9] Shadvar, N., et al., Computational analysis of the extrusion process of fused deposition modeling of acrylonitrile-butadiene-styrene. International Journal of Material Forming, 2019: p. 1-11.
[10] Wilczyński, K., et al., Computer Modeling for Single-Screw Extrusion of Wood–Plastic Composites. Polymers, 2018. 10(3): p. 295.
[11] Toukhtarian, R., et al., Modeling polymer extrusion with varying die gap using Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method. Physics of Fluids, 2018. 30(9): p. 093103.
[12] Lakes, R. and R.S. Lakes, Viscoelastic materials. 2009: Cambridge university press.
[13] Li, Y. and F. Hsieh, Modeling of flow in a single screw extruder. Journal of Food engineering, 1996. 27(4): p. 353-375.
[14] Bandyopadhyay, S. and R.K. Rout, Aquafeed extrudate flow rate and pellet characteristics from low-cost single-screw extruder. Journal of aquatic food product technology, 2001. 10(2): p. 3-15.