مطالعه عددی و تجربی جریان سیال غیرنیوتنی با لزجت بالا در فرآیند اکستروژن قطعات پلیمری چند ماده‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی قوچان*مکانیک

2 گروه مکانیک- دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان

چکیده

عامل اصلی تورم مقطع نوار پلیمری پس از خروج از قالب، تنش موجود در آن است که به افت فشار و عدم توازن سرعت در خروجی قالب مربوط میباشد. لذا در این مقاله اثر توازن سرعت در صفحه خروجی قالب بر ابعاد قطعه تولید شده مورد مطالعه عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته شده است. برای پیش بینی توزیع سرعت و فشار، از شبیه سازی سه بعدی جریان سیال غیرنیوتنی با ویسکوزیته بالا، در راهگاه‌های قالب استفاده شده تا به جای فرآیند تجربی مبتنی بر سعی و خطا، به کمک نتایج شبیه سازی بتوان با تغییر شکل راهگاهها، افت فشار را کاهش و نیز توزیع سرعت را یکنواخت نمود. برای پیش بینی آن از مدل‌ دو فازی VOF استفاده شده است. مقایسه ابعاد پروفیل تولید شده از قالب اولیه (با پروفیل غیر یکنواخت) و قالب اصلاح شده نشان دهنده ابعاد بسیار دقیق تر قالب اصلاح شده میباشد. نتایج نشان می‌دهد در بخش‌های باریک مقطع که در مجاورت نواحی وسیع قرار گرفته اند، بدلیل عدم امکان رسیدن به سرعت یکنواخت، ابعاد مقطع نوار تولید شده کوچکتر از مقدار طراحی می باشد. همچنین با طراحی بهینه هندسه راهگاهها، افت فشار بیش از 40% کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical and experimental investigation of non-Newtonian high viscosity flow field in multi materials extrusion process

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Javadi 1
  • Ali Mohammad Naserian-Nik 2
1 Quchan university of technology
2 Department of mechanical engineering, Faculty of engineering, Quchan university of technology
چکیده [English]

The stresses induced in the rubber by pressure loss and unbalanced velocities at exit is the main factor that affect the swelling of rubber cross-section after exiting the die. In this research, the effect of velocity distribution at the die exit on the rubber dimensions is experimentally and numerically studied with the aid of finite volume method. Three-dimensional simulation of non-Newtonian high-viscosity flow was performed to predict the distribution of velocity and pressure in the die channels. This can eliminates the experimental trial and error procedure for modifying the shape of channels to achieve a uniform velocity distribution and reduction of pressure loss. According to the importance of recognition of the soft and hard materials boundaries in multi-material cross-sections, the two-phase VOF method is employed. A comparison between primary and modified dies shows more precise dimensions of the modified die. The results show that in the narrow portions of the profile in the vicinity of wide regions, because of the impossibility of achieving a uniform velocity distribution, the produced cross-section is smaller than the design value. By the employed numerical method reduces the pressure loss in the modified die by 40% in comparison with that of the primary designed die.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation
  • Non-Newtonian
  • high viscosity
  • Multiphase
  • polymer