Дослідження впливу форми і розмірів полімерних гранул на їхні трибологічні властивості
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9973-2020-2(75)-52-61Ключові слова:
черв’ячний екструдер, зона живлення, полімер, гранула, моделювання.Анотація
Обґрунтовано використання математичної моделі дискретного руху сипкого матеріалу для руху гра-нульованого полімерного матеріалу в робочому каналі зони живлення одночерв'ячного екструдера як сукупності рухомих одна відносно одної частинок на базі методу дискретного елемента з урахуванням впливу форми і розмірів полімерних гранул на їхні трибологічні властивості на прикладі задачі формування кута природного ухилу. Досліджено взаємодію між гранулами таких чотирьох полімерів: поліетилену високої густини марки Marlex HHM 5502BN, співполімеру етилену з вінілацетатом (севілену) марки 11104-030, по-лістиролу марки Denka Styrol MW-1-301, полівінілхлориду марки SorVyl G 2171/9005 11/01, які відібрані тому, що вони широко використовуються у промисловості та одночасно відрізняються між собою за формою, розмірами і фізико-механічними характеристиками. Для опису взаємодії між гранулами було використано в’язко-пружну модель Hertz–Mindlin, яка допускає, що частинки, які мають форму сфери під час контакту, не деформуються, а перекривають одна одну на певну величину, утворюючи пляму контакту. Дослідження виконано у програмному комплексі EDEM. Наведено результати розрахунків з формування кута природного ухилу методами натурних і числових експериментів, при цьому було розглянуто два підходи до моделювання форми гранул: за умови розгляду гранул у формі сфер та у формі мультисфер, коли розрахункова форма гранул максимально наближається до реальної. Результати проведених розрахунків з формування кута природного ухилу доводять, що модель дискретного руху сипкого матеріалу на базі методу дискретного елемента при використанні форми гранул, близької до реальної, краще відтворює поведінку сипких матеріалів порівняно зі сферичними гранулами.
Завантаження
Посилання
Uilloubi D. A. Polimernyie trubyi i truboprovodyi / per. z angl. pod red. V. V. Kovrigi. Moskva: Professiya, 2010. 488 p. [in Russian]
Pasport rynku polimeriv Ukrainy. URL: https://pro-consulting.ua/ua/issledovanie-rynka/pasport-rynka-polimerov-ukrainy-2018-god (data zvernennia: 10.07.2020). [in Ukraini-an]
Rauwendaal C. Polymer extrusion. 5th ed. Munich: Carl Hanser Verlag, 2014. 934 p. doi: 10.3139/9781569905395.
Mikulonok I. O. Obladnannia i protsesy pererobky termoplastychnykh materialiv z vykorystanniam vtorynnoi syrovyny. Kyiv: NTUU «KPI», 2009. 264 р. [in Ukrainian]
Mikulionok I. O. Classification of Processes and Equipment for Manufacture of Continuous Products from Thermoplastic Materials. Chemical and Petroleum Engineering. 2015. Vol. 51, Nos 1–2. P. 14–19. doi: 10.1007/s10556-015-9990-6.
Holdich R. G. Fundamentals of Particle Technology. Shepshed : Midland Information Technology and Publishing, 2002. 173 p.
Rao K. K., Nott P. R. An Introduction to Granular Flow. New York : Publ. in the USA by Cambridge University Press, 2008. 490 p.
Umbanhowar P. Granular materials: Shaken sand – a granular fluid? Nature. 2003. Vol. 424. P. 886–887.
Ileleji K. E., Zhou B. The angle of repose of bulk corn stover particles. Powder Technology. 2008. Vol. 187. P. 110–118.
Pöschel T., Schwager T. Computational granular dynamics models and algorithms. Berlin : Springer, 2005. 322 p.
Vytvytskyi V.M., Bardashevskyi S.V., Sokolskyi O. L., Mikulonok I. O. Doslidzhennia trybotekhnichnykh vlastyvostei hranulovanykh polimernykh materialiv. Vcheni zapysky TNU imeni V. I. Vernadskoho. Seriia: Tekhnichni nauky. 2018. Tom 29 (68), Ch. 1. No 5. P. 9–13. [in Ukrainian]
Mikulonok I. O., Sokolskyi O. L., Sivetskyi V. I., Radchenko L. B. Osnovy proektuvannia odnocherviachnykh ekstruderiv : navch. posib. Kyiv: NTUU «KPI», 2015. 200 p. [in Ukrainian]
Mikulionok I. O., Radchenko L. B. Screw Extrusion of Thermoplastics: I. General Model of the Screw Extrusion. Russian Journal of Applied Chemistry. 2012. Vol. 85. No 3. P. 489–504. doi: 10.1134/S1070427211030305.
Mikulionok I. O., Radchenko L. B. Screw Extrusion of Thermoplastics: II. Simulation of Feeding Zone of the Single Screw Extruder. Russian Journal of Applied Chemistry. 2012. Vol. 85. No 3. P. 505–514. doi: 10.1134/S1070427211030317.
Forterre Y., Pouliquen O. Flows of dense granular media. Fluid Mech. 2008. Vol. 40. P. 1–24.
Kamrin K., Koval G. Nonlocal Constitutive Relation for Steady Granular Flow. Physical Review Letters. 2012. Vol. 108, Iss. 17. P. 178301.
Karvatskii A. Ya., Lazarev T. V. Evaluation of the Discrete Element Method for Predicting the Behavior of Granular Media Using Petroleum Coke as an Example. Chemical and Petroleum Engineering. 2014. Vol. 50, Iss. 3–4. P. 186–192. DOI: 10.1007/s10556-014-9877-y.
Makse H. A., Gland N., Johnson D. L., Schwartz L. Granular packings: Nonlinear elasticity, sound propagation, and collective relaxation dynamics. Physical Review E. 2004, Vol. 70. P. 061302. DOI: 10.1103/PhysRevE.70.061302.
EDEM – The leading Discrete Element Method (DEM) software. URL: https://www.edemsimulation.com/ (date of request: 10.07.2020).
Vytvytskyi V. M., Mikulionok I. O., Sokolskyi O. L. Experimental study of the granular polystyrene frictional. SWorldJournal. Bulgaria, 2019. Iss. 2, Part 2. P. 16–21. DOI: 10.30888/2410-6615.2019-02-02-009.
Zhang D., Whiten W. J. The calculation of contact forces between particles using spring and damping models. Powder Technology. 1996. Vol. 88. P. 59-64.
Chen J., Gao R., Liu Y. Numerical study of particle morphology effect on the angle of repose for coarse assemblies using dem. Advances in Materials Science and Engineering. 2019. P. 1-15. DOI:10.1155/2019/8095267.
Marlex HHM 5502BN Polyethylene – Chevron Phillips Chemical. URL: http://www.cpchem.com/bl/polyethylene/en us/tdslibrary/Marlex%20HHM%205502BN%20 Polyethylene.pdf (date of request: 11.11.2017).
Kazan EVA 11104-030 Kazanorgsintez. URL: https://plastics.ulprospector.com/datasheet/ e375382/kazan-eva-11104-030 (date of request: 11.11.2017).
.png)
