3.2Расчет производительности головки экструдера

Производительность головки экструдера может быть рассчитана по формуле 3.24 [12]

, где (3.24)

P– Давление, Па

η – вязкость расплава полимера, Па·с

K– коэффициент геометрической формы канала

Для расчета Kимеющий сложную форму канал головки разбивается на геометрически простые элементы, такие, как цилиндр, плоская щель, кольцевой зазор, для каждого из которых рассчитываетсяKi, после чего общий коэффициент геометрической формы канала определяется по формуле (3.25) [12]

(3.25)

Перепад давления в элементе канала головки можно рассчитать по формуле 3.26 [12]

, где (3.26)

ΔP_i– перепад давления на участке канала головки, Па

K_i– коэффициент геометрической формы этого участка

η_i– вязкость расплава полимера на этом участке, Па·с

V_р– объемный расход полимера, см³/с

1. Для решетки коэффициент геометрической формы рассчитывается по уравнению (3.28) [12], а скорость сдвига в решетке определяется по формуле (3.27) [12]

(3.27)

, где (3.28)

z– число отверстий в решетке;

d– диаметр отверстий, см;

δ – толщина фильтрующих элементов, см

2.Для фильтрующей сетки скорость сдвига можно найти по формуле 3.29 [12], а коэффициент геометрической формы – по уравнению 3.30 [12]

(3.29)

, где (3.30)

n– число фильтровальных элементов;

F– площадь фильтровального элемента, см²;

δ – толщина фильтрующих элементов, см

3. Для цилиндрического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.31 [12], коэффициент геометрической формы – по уравнению 3.32 [12]

(3.31)

, где (3.32)

d– диаметр канала, см;

L– длина канала, см

4. Для конического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.33 [12], коэффициент геометрической формы – по уравнению 3.34 [12]

(3.33)

, где (3.34)

d₁ – диаметр а на входе расплава, см;

d₂ – диаметр а на выходе расплава, см;

L– длина конического канала, см

5. Для кольцевого цилиндрического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.35 [12], коэффициент геометрической формы – по уравнению 3.36 [12]

(3.35)

, где (3.36)

r₁– наружный радиус кольцевого цилиндрического канала, см

r₂ – внутренний радиус кольцевого цилиндрического канала, см;

L– длина кольцевого цилиндрического канала, см

6. Для кольцевого конического канала скорость сдвига определяется по формуле 3.37 [12], коэффициент геометрической формы – по уравнению 3.38 [12]

(3.37)

, где (3.38)

r₁,r₂– средние радиусы окружности конического зазора на входе и выходе расплава соответственно, см;

h₃,h₄ – толщина зазора, соответственно, на входе и выходе, см;

L– длина кольцевого конического канала, см;

m– коэффициент, учитывающий геометрические параметры канала и рассчитывающийся по формуле 3.39 [12], см^-2

(3.39)

Рассчитаем значение геометрических коэффициентов и перепадов давления на различных участках головки для объемных расходов 2 и 5 см³/с.

1. Фильтрующая сетка

F=1000 см²;n=20;d=0,02 см; δ=10см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	1,6	3,2	6,4
η, кПа·с	4,73	3,56	2,69
ΔP, МПа	0,945	1,43	2,15

2. Решетка

z=70;d=0,3см; δ=1,5см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	26,9	53,8	107,8
η, кПа·с	2,14	1,54	1,11
ΔP, МПа	1,15	1,66	2,39

3. Цилиндрический канал

d=5см;L=0,3см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	0,407	0,815	1,63
η, кПа·с	0,891	0,765	0,623
ΔP, МПа	8,71·10­-5	1,49·10-4	2,43·10-4

4. Конический канал

d₁=5смd₂=1смL=4,5см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	0,236	0,472	0,943
η, кПа·с	1	0,862	0,741
ΔP, МПа	0,0491	0,00844	0,145

5. Цилиндрический канал

d=1,5см;L=8см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	15,1	30,2	60,4
η, кПа·с	2,82	2,03	1,46
ΔP, МПа	0,908	1,31	1,88

6. Цилиндрический канал

d=1,5см;L=7,5см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	15,1	30,2	60,4
η, кПа·с	2,82	2,03	1,46
ΔP, МПа	0,851	1,21	1,76

7. Цилиндрический канал

Распределительная система дорна представляет собой 10 канавок, полимер в которых течет параллельно. Диаметр канавки d=0,5см, её длинаL=6,2 см. Таким образом, коэффициент сопротивления одной канавки составляет

Суммарный геометрический коэффициент распределительной системы, очевидно, в 10 раз выше

Kрс=0,000162·10=0,00162

Расход, приходящийся на канавку, при общем расходе 5,10 и 20 см3/с будет соответственно 0,5 и 1 и 2 см3/с

Vр, см3	0,5	1	2
γ, с-1	55,9	111,8	223,6
η, кПа·с	6,43	3,77	2,64
ΔP, МПа	1,30	2,32	3,25

8. Кольцевой цилиндрический канал.

r₁=5,5см; r₂=6,1см; L=6см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	2,12	4,25	8,51
η, кПа·с	4,21	3,17	2,39
ΔP, МПа	0,192	0,290	0,438

9. Кольцевой конический канал.

r₁=5,5см;r₂=7,42см;h₃=0,4см;h₄=0,5см;L=2,2см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	3,06	6,11	12,2
η, кПа·с	3,63	2,74	2,24
ΔP, МПа	0,00135	0,00203	0,00464

10. Кольцевой цилиндрический канал.

r₁=7,42см; r₂=7,6см; L=0,7см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	18,3	36,5	73,0
η, кПа·с	2,56	1,85	1,33
ΔP, МПа	0,393	0,566	0,814

11. Кольцевой цилиндрический канал.

r₁=7,46см; r₂=7,54см; L=0,5см

Vр, см3	5	10	20
γ, с-1	92,5	185	370
η, кПа·с	4,15	2,91	2,03
ΔP, МПа	5,17	7,22	10,11

Рассчитаем суммарный перепад давления

ΔP_общ=ΣΔP_i(3.40)

Для объемного расхода 5см³/с

ΔP_общ=0,945+1,15+8,71·10­^-5+0,0491+0,908+0,851+

+1,30+0,192+0,00135+0,393+5,17=10,97МПа

Для объемного расхода 10 см³/с

ΔP_общ=1,43+1,66+1,49·10^-4+0,00844+1,31+1,21+

+2,32+0,290+ 0,00203+0,566+7,22=15,60 МПа

Для объемного расхода 20 см³/с

ΔP_общ=2,15+2,39+2,43·10^-4+0,145+1,88+1,76+

+3,25+0,438+0,00464+0,814+10,11=22,22 МПа