MES - PRZEP£YW 3

Politechnika Poznańska
Zakład Mechaniki Technicznej
Metoda Elementów Skończonych – Lab.
Temat: Analiza przepływu stopionego tworzywa sztucznego przez sitko
filtra tworzywa.
Ocena: ……………………
Czerwiec 2010
1
Spis treści:
1.
2.
3.
4.
Wstęp………………………………………………………………………………….3
Dane wejściowe……………………………………………………………………...5
Otrzymane wyniki…………………………………………………………………....7
Wnioski ……………………………………………………………………………….9
2
1. Wstęp
Wytłaczanie jest metodą
metod przetwórstwa polegającą na ciągłym
cią
uplastycznianiu tworzyw w układzie uplastyczniającym
uplastyczniaj cym i przepchaniu go przez
kanały głowicy wytaczarskiej. Proces wytłaczania przebiega w wytłaczarkach,
gdzie narzędziem
dziem jest głowica wytłaczarska zaopatrzona w dyszę
dysz
wytłaczarską,, a otrzymany
otrzyman przedmiot nosi nazwę wytłoczyny. Wytłaczanie
naleŜyy do metod przetwórstwa o największym
kszym znaczeniu. Wytłaczarka
ślimakowa,
limakowa, której istota została
została opatentowana przez M. Graya juŜ
ju w 1879 r. w
Anglii, składa się z dwu głównych układów: układu uplastyczniającego
uplastyczniaj
i układu
napędowego.
Rys. Schemat wytłaczarki jednoślimakowej.
jedno
Filtr tworzywa znajduje się
si przewaŜnie na końcu
cu zespołu
wytłaczającego
cego wytłaczarki (cylinder i ślimak)
limak) jest przyczepiony do cylindra.
Filtr tworzywa spełnia kilka podstawowych zadań,
zada , z których najwaŜniejsze
najwa
są
następujące:
ce: zatrzymanie zanieczyszczeń
zanieczyszcze tworzywa
ywa w stanie stałym i
niecałkowicie uplastycznionych cząstek
cz stek tworzywa, zmniejszenie lub wręcz
wr
wyeliminowanie ruchu śrubowego tworzywa, będącego
cego skutkiem przepływu w
kanale śrubowym
rubowym oraz znaczne ograniczenie pulsacji ciśnienia
ci nienia i natęŜenia
nat
przepływu. Podstawowym
wowym elementem filtru jest wkład filtracyjny, utworzony
przez sita filtrujące.
ce. Sitka przykładane są
s do okrągłego
głego elementu nazywanego
potocznie sitkiem w którym wykonane są
s otwory przez które przepływa
stopione tworzywo.
3
Rys. Schemat filtra, oznaczenia: 1-ślimak, 2-cylinder, 3-element
element spiętrzający,
spi
4- dysza głowic, 5-kanał
kanał wylotowy głowicy, 6-grzejnik,
6 grzejnik, 7 sitko,
Rys. Przykładowe sitko zamodelowane w programie SolidWorks 2008.
4
2. Dane wejściowe
ciowe
Rozpatrywanym przeze mnie elementem będzie
b dzie sitko wraz ze stopniem
spiętrzającym
cym przepływ tworzywa pomiędzy
pomi
wytłaczarką a głowicą
głowic
wytłaczarską. Sitko ma średnicę 40 mm i otwory o wymiarach 2,5 mm, gęstość
g
3
polietylenu przyjmuję jako: 890 kg/m .
Rys. Model sitka wraz ze stopniem spiętrzającym
spi
cym narysowany w programie
COMSOL
Do wykonania analizy program COMSOL uŜywa
u
następującego
ącego równania:
Gdzie:
- η - współczynnik lepkości
lepko
dynamicznej
- ρ – gęstość
- u – pole prędkości
- p – ciśnienie
- F – siła objętościowa
ciowa
5
Rys. Siatka wygenerowana przez program COMSOL
PowyŜszy rysunek przedstawia wygenerowaną siatkę podczas wykonywania
obliczeń. Jej wyraźne zagęszczenie w miejscach otworów spowodowane jest
koniecznością wykonania dokładniejszej analizy. Dokładniejsza analiza
została wymuszona bardziej złoŜoną geometrią sitka.
Podstawowe informacje:
- ściana wlotowa została ustawiona z parametrem inlet, natomiast ściana
wylotowa z parametrem outlet, pozostałe ściany ustawiono jako wall.
- rodzaj płynu – polietylen stopiony
- rodzaj analizy – Incompressible Navier-Stokes
- ilość wymiarów – 2D
- wartości początkowe:
gęstość: 890 [kg/m3]
lepkość dynamiczna: 1,1*10-3 [Pa*s]
maksymalna prędkość: 0,6 [m/s]
liczba Reynoldsa: 32961
średnica na wejściu: 0,04 [m]
zaleŜność czasowa: 0:0.1:2
6
3. Otrzymane wyniki
Rys. Rozkład prędkoś
ędkości wraz z liniami przepływu
Rys. Rozkład prędkoś
ędkości i widoczne róŜnice prędkości.
7
Rys. Strzałki obrazujące
obrazują kierunki przepływu.
Rys. Linie przepływu.
8
4. Wnioski
Po analizie przepływu widzimy, Ŝe prędkość przepływu jest największa w
środku przekroju kołowego części wlotowej i wylotowej. Tworzywo
przepływające przez sitko dzieli się na kilka strumieni i w stopniu
spiętrzającym znacznie przyśpiesza. W środkowych kanałach sitka widoczna
jest większa prędkość tworzywa. Sitko poza funkcją filtrowania, równieŜ ma
wpływ na zamianę ruchu śrubowego tworzywa na ruch liniowy. Ilość otworów
w sitku równieŜ ma wpływ na linie przepływu oraz ich kształt. W praktyce w
sitkach stosuje się większe otwory w środkowej części sitka, a mniejsze na
obrzeŜach. Jest to spowodowane mniejszą prędkością przepływu przy
ściankach wlotu do filtra.
9