بررسی مدل های پیش بینی کننده جریان سیال درون اکسترودر؛ بخش اول: مدل کاستر

اکسترودر به عنوان یک ابزار شکل‌دهی مواد، تجهیزی اساسی و مهم در فرایند تولید در صنایع مختلف پلیمری از جمله صنعت لاستیک، صنایع مبتنی بر شکل‌دهی پلاستیک‌ها، صنایع غذایی و... محسوب می شود. ازآنجا که در اغلب صنایع اکسترودرها به عنوان تجهیزی میانی و به صورت سری با سایر تجهیزات عمل می‌کنند ظرفیت تولید محصول می‌تواند وابسته به میزان تولید در اکسترودر باشد که خود به نوعی همان دبی سیال خروجی از اکسترودر است. عوامل مختلفی بر الگوی جریان و درنتیجه دبی خروجی از اکسترودر اثرگذار هستند. شناخت این عوامل و نحوه اثرگذاری آن‌ها بر پیش‌بینی عمکلرد و تعیین نقاط بهینه‌ کارکرد این نوع از تجهیزات بسیار موثر است. از این رو، در پژوهش حاضر و در دو بخش به بررسی دو مورد از مهم‌ترین روش‌های مدل‌سازی جریان سیال درون اکسترودرها پرداخته می‌شود و نقاط ضعف و قوت هر یک در پیش‌بینی نیم‌رخ جریان و هم‌چنین دبی خروجی از اکسترودر مشخص می‌شود. در بخش اول مدل کاستر مورد بررسی قرار گرفته است و در بخش دوم مدل تدمور و گاگس مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نکته حائز اهمیت که تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است، این است که علی‌رغم ساده‌سازی‌های مختلف، می‌توان از نتایج حاصل از این مدل‌ها برای پیش‌بینی قابل قبولی از عملکرد اکسترودرهای مختلف در صنایع استفاده نمود.نتیجه‌ی بدست آمده از مدل کاستر دبی خروجی از اکسترودر را به صورت رابطه‌ی صریحی از شعاع پوسته، شعاع هسته‌ی پیچه، زاویه‌ی باله و سرعت زاویه‌ای چرخش پیچه پیش‌بینی می‌کند. برای جبران اختلاف بین دبی تئوری بدست آمده از مدل کاستر و دبی واقعی اکسترودرها نیز ضریب عمکلرد واقعی (که در واقع نسبت دبی واقعی به دبی تئوری است) تعریف شده است و نحوه محاسبه و استفاده از آن بیان گردیده است. نکته قابل اهمیت که تاکنون در مورد مدل‌های مربوط به اکسترودرها مغفول مانده است این می‌باشد که با وجود ساده‌سازی‌های مختلف در تبیین آن‌ها، می‌توان از نتایج حاصل از این مدل‌ها برای پیش‌بینی قابل قبولی از عملکرد اکسترودرهای مختلف در صنایع از جمله صنعت لاستیک استفاده نمود.

models for predicting fluid flow in extruders; part i: the koster’s model

extruder as a material forming tool, is a basic and important equipment in the production process in various polymer industries, including rubber industry, industries based on plastic forming, food industry, etc. since in most industries, extruders act as intermediate equipment and in series with other equipment, the production capacity of the product can depend on the amount of production in the extruder, which is a kind of flow rate of the extruder. various factors affect the flow pattern and consequently the discharge output of the extruder. knowing these factors and how they affect them is very effective in predicting the performance and determining the optimal operating points of this type of equipment. therefore, in the present study and in two parts, two of the most important methods of modeling the fluid flow inside the extruders are investigated and the strengths and weaknesses of each in predicting the flow profile as well as the output flow of the extruder is determined. in the first part, custer model is examined and in the second part, tadmor and gags model will be examined. the important point that has not been explored so far is that despite the various simplifications, the results of these models can be used to give an acceptable prediction of the performance of various extruders in industry.