مدل سازی عددی جریان چندفازی پلیمری در اکسترودرهای دوماردون
چکیده
یکی از دستگاه مخلوط کننده که بسیار در فرآیند های پلیمری مورد استفاده قرار می گیرد، اکسترودر های دوماردون است. هدف اصلی از این پایان نامه شبیه سازی اختلاط در داخل اکسترودرهای دو ماردون با استفاده از روش نگاشت است. این پایان نامه شامل دو بخش است: بخش اول شبیه سازی با دقت بالای میدان جریان سه بعدی با استفاده از روش المان محدود بسط یافته، و بخش دوم شبیه سازی اختلاط با استفاده از روش نگاشت است. برای محاسبه ماتریس نگاشت از ردیابی ذرات استفاده شده است. و در نهایت بهینه سازی اختلاط برای المان های مختلفی از پیچه ها با استفاده از روش نگاشت انجام شده است. دقت تجزیه و تحلیل اختلاط بستگی به دقت میدان سرعت دارد. شبیه سازی میدان سرعت در اکسترودرهای دو پیچه، تحت شرایط واقعی، هنوز هم با وجود تمام پیشرفت ها در روش های شبیه سازی در طول سال گذشته سختی ها و مشکلات زیادی دارد. برای حل معادلات بقاء دو مشکل اصلی وجود دارد: مشکل اول این است که ما یک هندسه متغیر با زمان (حرکت پیچه ها در داخل بارل) داریم که در این هندسه شکاف های بسیار باریکی بین پیچه ها و بارل وجود دارد. نرخ برش در این شکاف ها بالا است. استحصال میدان جریان و مشتقات آن بصورت خیلی دقیق نزدیک سطح پیچه ها و شکاف ها برای ردیابی ذرات دارای اهمیت است. چالش دوم این است که به علت ماهیت مذاب پلیمر، ویسکوزیته آن تابعی از مکان، میزان برش و درجه حرارت است. در این کار روش اجزاء محدود بسط یافته برای شبیه سازی جریان غیر نیوتنی استوکس در داخل اکسترودرهای دو پیچ ارائه شده است. و دقت و کارایی آن با روش بهینه سازی سیستماتیک مش و نتایج مش مرز پوشانی مقایسه شده است. نتایج در فضای دو بعدی و سه بعدی مقایسه شده اند. شبیه سازی و حتی بهتر بهینه سازی اختلاط با استفاده از روش های مبتنی بر ردیابی ذرات دور از واقعیت است (مانند محاسبات زمان اقامت و توزیع آن)، از آنجا که داده ها ی حجمی در دسترس نیستند. شایستگی روش نگاشت در کار های قبلی برای میکسرهای استاتیک ثابت شده است. در این پایان نامه روش نگاشت جریان (دارای داده های حجمی) برای شبیه سازی اختلاط برای المان های مختلف پیچه ها و همچنین بهتر بهینه سازی اختلاط در آنها، در فضای سه بعدی گسترش داده شده است. تغییرات گسترده ای روی روش نگاشت جریان برای مخلوط کننده های دینامیک (مانند اکسترودرها) به علت هندسه متغیر، اعمال شده است. آنالیز اختلاط سه بعدی برای المان های مختلف انتقال، برشی و اختلاط پیچه ها انجام شده است.