مطالعه عددی و تجربی جریان سیال غیرنیوتنی با لزجت بالا در فرآیند اکستروژن قطعات پلیمری چند ماده‌ای

در طراحی قالب اکستروژن قطعات پلیمری، پیش بینی و کاهش تغییرشکل های مقطع نواری پس از خروج از قالب، اهمیت زیادی دارد. در این مقاله اثر توازن سرعت در صفحه ی خروجی قالب بر ابعاد قطعه تولید شده مورد مطالعه ی عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته است. برای پیش بینی توزیع سرعت و فشار، از شبیه سازی سه بعدی جریان سیال غیرنیوتنی با ویسکوزیته بالا، در راه گاه های قالب استفاده شده تا بتوان با تغییرشکل راه گاه ها، افت فشار را کاهش و نیز توزیع سرعت را یکنواخت کرد. با توجه به اهمیت مرز مواد نرم و سخت در مقطع های چند ماده ای، برای پیش بینی آن از مدل دو فازی vof استفاده شده است. ویسکوزیته جریان لاستیک مذاب داخل قالب، از میان یابی داده های آزمایشگاهی دستگاه rpa بر اساس روش حداقل مربعات استفاده شده است. مقایسه ابعاد پروفیل تولید شده از قالب اولیه )با پروفیل غیر یکنواخت( و قالب اصلاح شده نشان دهنده ابعاد بسیار دقیق تر قالب اصلاح شده است. در بخش های باریک مقطع که در مجاورت ناحیه های وسیع قرار گرفته اند، به دلیل عدم امکان رسیدن به سرعت یکنواخت، ابعاد مقطع نوار تولید شده کوچک تر از مقدار طراحی است. همچنین بدلیل عدم محدودیت های هندسی در روش عددی نسبت به روش تجربی، با طراحی بهینه هندسه راه گاه ها، افت فشار بیش از 40 % کاهش می یابد.

Numerical and Experimental Investigation of Non-Newtonian High Viscosity FlowField in Multi Materials Extrusion Process

Predicting and reducing of the rubber crosssection dimensions after exiting die channel are of great importance in the design process of extrusion die. In this research, the effect of velocity distribution at the die exit on the rubber dimensions is experimentally and numerically studied with the aid of finite volume method. Threedimensional simulation of nonNewtonian highviscosity flow was performed to predict the distribution of velocity and pressure in the die channels. Recognizing the soft and hard materials boundaries in the multimaterial crosssections, the twophase volume of fluid method is employed. The viscosity of melted rubber flow in the die is calculated by interpolating the experimental data obtained from Rubber Process Analyzer apparatus based on least squares method. A comparison between primary (with nonuniform profile) and modified dies shows more precise dimensions of the modified die. In the narrow portions of the profile in the vicinity of wide regions, because of the impossibility of achieving a uniform velocity distribution, the produced crosssection is smaller than the design value. In addition, optimizing channel geometries by the employed numerical method reduces the pressure loss in the modified die by 40% in comparison with that of the primary designed die.