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Daniel Stüker
Nicht-isotherme Druck-Durchsatzberechnung von Kautschukextrudern
Durch diese Arbeit soll die mathematische Beschreibung isothermer und nicht-isotherme Strömungsvorgänge in schmelzegefüllten Einschneckenextrudern, insbesondere der bei Kautschukextrudern, verbessert werden. Der Fokus der Modellierung liegt hierbei auf der Finite-Differenzen Methode mit der ein flexibles, zweidimensionales Modell zur gekoppelten Berechnung von Geschwindigkeits- und Temperaturfeld im Schneckenkanal entwickelt wird.
Es wird gezeigt, dass das entwickelte nicht-isotherme Druck-Durchsatzmodell im Vergleich mit den analytischen Lösungen für das Geschwindigkeits- und Temperaturfeld der COUETTE- und POISEUILLE-Strömung eine sehr hohe Abbildungsgenauigeit aufweist. Durch vergleichende CFD Simulationen wird weiterhin gezeigt, dass das Modell eine hinreichende Abbildungsgenauigkeit gegenüber vollwertig gelösten Gleichungen der Strömungsmechnanik für den Fall laminar strömender General Newtonian Fluide im Rinnenmodell aufweist. Abschließend erfolgt eine experimentelle Überprüfung von Berechnungsergebnissen des entwickelten Modells. Hierfür werden zwei unterschiedliche Kautschukmischungen (EPDM/SBR) und zwei Förderschnecken, welche sich in Gangsteigung, Kanaltiefe und Länge unterscheiden, verwendet.
Es wird gezeigt, dass das entwickelte nicht-isotherme Druck-Durchsatzmodell im Vergleich mit den analytischen Lösungen für das Geschwindigkeits- und Temperaturfeld der COUETTE- und POISEUILLE-Strömung eine sehr hohe Abbildungsgenauigeit aufweist. Durch vergleichende CFD Simulationen wird weiterhin gezeigt, dass das Modell eine hinreichende Abbildungsgenauigkeit gegenüber vollwertig gelösten Gleichungen der Strömungsmechnanik für den Fall laminar strömender General Newtonian Fluide im Rinnenmodell aufweist. Abschließend erfolgt eine experimentelle Überprüfung von Berechnungsergebnissen des entwickelten Modells. Hierfür werden zwei unterschiedliche Kautschukmischungen (EPDM/SBR) und zwei Förderschnecken, welche sich in Gangsteigung, Kanaltiefe und Länge unterscheiden, verwendet.
Schlagwörter: Extrusion; Kautschukverarbeitung; Finite Differenzen Methode; Simulation
Schriftenreihe Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen
Herausgegeben von Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen (ILH), Paderborn
Band 2022,56
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