Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

Transkrypt

1 Politechnika Poznańska Zakład Mechaniki Technicznej Metoda Elementów Skończonych Lab. Temat: Analiza przepływu stopionego tworzywa sztucznego przez sitko filtra tworzywa. Ocena: Czerwiec

2 Spis treści: 1. Wstęp.3 2. Dane wejściowe Otrzymane wyniki Wnioski.9 2

3 1. Wstęp Wytłaczanie jest metodą przetwórstwa polegającą na ciągłym uplastycznianiu tworzyw w układzie uplastyczniającym i przepchaniu go przez kanały głowicy wytaczarskiej. Proces wytłaczania przebiega w wytłaczarkach, gdzie narzędziem jest głowica wytłaczarska zaopatrzona w dyszę wytłaczarską, a otrzymany przedmiot nosi nazwę wytłoczyny. Wytłaczanie naleŝy do metod przetwórstwa o największym znaczeniu. Wytłaczarka ślimakowa, której istota została opatentowana przez M. Grayaa juŝ w 1879 r. w Anglii, składa się z dwu głównych układów: układu uplastyczniającego i układu napędowego. Rys. Schemat wytłaczarki jednoślimakowej. Filtr tworzywa znajduje się przewaŝnie na końcu zespołu wytłaczającego wytłaczarki (cylinder i ślimak) jest przyczepiony do cylindra. Filtr tworzywa spełnia kilka podstawowych zadań, z których najwaŝniejsze są następujące: zatrzymanie zanieczyszczeń tworzywa w stanie stałym i niecałkowicie uplastycznionych cząstek tworzywa, zmniejszenie lub wręcz wyeliminowanie ruchu śrubowego tworzywa, będącego skutkiem przepływu w kanale śrubowym oraz znaczne ograniczenie pulsacji ciśnienia i natęŝenia przepływu. Podstawowym elementem filtru jest wkład filtracyjny, utworzony przez sita filtrujące. Sitka przykładane są do okrągłego elementu nazywanego potocznie sitkiem w którym wykonane są otwory przez które przepływa stopione tworzywo. 3

4 Rys. Schemat filtra, oznaczenia: 1-ślimak, 2-cylinder, 3-element spiętrzający, 4- dysza głowic, 5-kanał wylotowy głowicy, 6-grzejnik, 7 sitko, Rys. Przykładowe sitko zamodelowane w programie SolidWorks

5 2. Dane wejściowee Rozpatrywanym przeze mnie elementem będzie sitko wraz ze stopniem spiętrzającym przepływ tworzywa pomiędzy wytłaczarką a głowicą wytłaczarską. Sitko ma średnicę 40 mm i otwory o wymiarach 2,5 mm, gęstość polietylenu przyjmujęę jako: 890 kg/m 3. Rys. Model sitka wraz ze stopniem spiętrzającym narysowanyy w programie COMSOL Do wykonania analizy program COMSOL uŝywa następującego równania: Gdzie: - η - współczynnik lepkości dynamicznej - ρ gęstość - u pole prędkości - p ciśnienie - F siła objętościowa 5

6 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/m 3 ] lepkość dynamiczna: 1,1*10-3 [Pa*s] maksymalna prędkość: 0,6 [m/s] liczba Reynoldsa: średnica na wejściu: 0,04 [m] zaleŝność czasowa: 0:0.1:2 6

7 3. Otrzymane wyniki Rys. Rozkład prędkoś ędkości wraz z liniami przepływu Rys. Rozkład prędkoś ędkości i widoczne róŝnice prędkości. 7

8 Rys. Strzałki obrazujące kierunki przepływu. Rys. Linie przepływu. 8

9 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