68 / 80
66
ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬХОЗСЫРЬЯ, № 8, 2011
Èñïîëüçîâàíèå äèíàìè÷åñêîé ìàòðèöû ïîçâîëÿ-
åò äîñòè÷ü âûñîêèõ ñäâèãîâûõ óñèëèé, ÷òî ïðèâîäèò
ê èíòåíñèâíîé ïåðåðàáîòêå áåëîêñîäåðæàùèõ âå-
ùåñòâ. Ïðîöåññ òå÷åíèÿ ðàñïëàâà áèîïîëèìåðà â äè-
íàìè÷åñêîé ìàòðèöå ìîæíî èçó÷àòü íà îñíîâå ñëîæ-
íîãî êîìïëåêñà äîðîãîñòîÿùèõ íàòóðíûõ ýêñïåðè-
ìåíòîâ èëè ïóòåì àíàëèòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé.
Ïðîâåäåíèå ïîñëåäíèõ ñòàëî âîçìîæíûì áëàãîäàðÿ
ñîçäàíèþ òàêèõ ïðîãðàììíûõ ïàêåòîâ, êàê Flow
Vision, ANSYS CFX, Fluent è äð.
Öåëü ìîäåëèðîâàíèÿ äâèæåíèÿ ðàñïëàâà áèîïî-
ëèìåðà â ôîðìóþùåì êàíàëå äèíàìè÷åñêîé ìàòðè-
öû ýêñòðóäåðà — èçó÷åíèå õàðàêòåðà ðàñïðåäåëåíèÿ
ñêîðîñòè è äàâëåíèÿ ýêñòðóäàòà ïî äëèíå ôîðìóþ-
ùåãî êàíàëà ìàòðèöû ýêñòðóäåðà ïðè ðàçëè÷íûõ ÷à-
ñòîòå âðàùåíèÿ äîðíà è çàçîðå ìåæäó êîíóñàìè äîð-
íà è ôèëüåðû. Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è äâèæåíèÿ ýêñ-
òðóäàòà áèîïîëèìåðà â êàíàëå ìàòðèöû èñïîëüçîâà-
ëè ìîäåëü òå÷åíèÿ ïðè ìàëûõ ÷èñëàõ Ðåéíîëüäñà è
ïðèáëèæåíèè Áóññèíåñêà.
 ðåçóëüòàòå èññëåäîâàíèé óñòàíîâëåíî, ÷òî ðå-
æèì äâèæåíèÿ ðàñïëàâà áèîïîëèìåðà â ôîðìóþùåì
êàíàëå ýêñòðóäåðà — ëàìèíàðíûé, ïîýòîìó áûëà
âûáðàíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü «Ëàìèíàðíàÿ æèä-
êîñòü». Ó÷èòûâàÿ, ÷òî ïðîäóêò íàõîäèòñÿ â ðàññìà-
òðèâàåìîé îáëàñòè êîðîòêèé ïðîìåæóòîê âðåìåíè
(
τ
= 5–7 ñ), à òàêæå òî, ÷òî êîðïóñ ýêñòðóäåðà îáîðó-
äîâàí ñèñòåìîé ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿííîé òåìïåðà-
òóðû, ïðîöåññ ìîæíî ñ÷èòàòü èçîòåðìè÷åñêèì. Ïðî-
äóêò ïîñòóïàåò â ôîðìóþùèé óçåë â âèäå îäíîðîä-
íîãî ãîìîãåííîãî ðàñïëàâà, ïîýòîìó óðàâíåíèåì
ìàññîïåðåíîñà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü.
Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ òå÷åíèÿ ðàñïëàâà áèîïîëè-
ìåðà áûëà ñîçäàíà òâåðäîòåëàÿ ìîäåëü äèíàìè÷åñ-
êîé ìàòðèöû â ñèñòåìå àâòîìàòè÷åñêîãî ìîäåëè-
ðîâàíèÿ Êîìïàñ-3D VII, êîòîðàÿ èìïîðòèðóåòñÿ âî
Flow Vision.
Äëÿ ÷èñëåííîãî ðåøåíèÿ áàçîâûõ óðàâíåíèé â
Flow Vision èñïîëüçóåòñÿ êîíå÷íî-îáúåìíûé ìåòîä,
îñíîâàííûé íà êîíñåðâàòèâíûõ ñõåìàõ ðàñ÷åòà íå-
ñòàöèîíàðíûõ óðàâíåíèé â ÷àñòíûõ ïðîèçâîäíûõ.
Ìåòîä êîíå÷íûõ îáúåìîâ ñâîäèòñÿ ê àïïðîêñèìà-
öèè ñïëîøíîé ñðåäû ñ áåñêîíå÷íûì ÷èñëîì ñòåïå-
íåé ñâîáîäû ñîâîêóïíîñòüþ ýëåìåíòîâ, èìåþùèõ
êîíå÷íîå ÷èñëî ñòåïåíåé ñâîáîäû. Çàòåì ìåæäó ýòè-
ìè ýëåìåíòàìè êàêèì-ëèáî ñïîñîáîì óñòàíàâëèâà-
åòñÿ âçàèìîñâÿçü [1,2].
 âûáðàííóþ ìîäåëü âõîäÿò ñëåäóþùèå óðàâíåíèÿ:
óðàâíåíèÿ Íàâüå–Ñòîêñà
ãäå
óðàâíåíèå íåðàçðûâíîñòè
 ðåøàåìîé çàäà÷å áûëè èñïîëüçîâàíû ñëåäóþ-
ùèå ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ (ðèñ. 1).
1. Âõîä ðàñïëàâà ïðîäóêòà â êàíàë ôèëüåðû:
òèï
ãðàíèöû — âõîä/âûõîä, òèï ãðàíè÷íîãî óñëîâèÿ —
íîðìàëüíàÿ ñêîðîñòü 0,022 ì/ñ. Íà ãðàíèöå îáëàñòè
СИСТЕМА ПРОЦЕССОВ, МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
УДК 664:519.8:621.867.4
Моделирование течения расплава биополимера
в динамичес$ой матрице э$стр(дера
Ä-ð òåõí. íàóê, ïðîôåññîð À.Í.ÎÑÒÐÈÊÎÂ, Å.À.ÒÀÒÀÐÅÍÊÎÂ,
êàíä. òåõí. íàóê À.Ñ.ÏÎÏÎÂ, êàíä. òåõí. íàóê Â.Í.ÂÀÑÈËÅÍÊÎ
Âîðîíåæñêàÿ ãîñóäàðñòâåííàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ àêàäåìèÿ
Êëþ÷åâûå ñëîâà:
ýêñòðóçèÿ; äèíàìè÷åñêàÿ ìàòðèöà;
äîðí; ñêîðîñòü; äàâëåíèå; ÷àñòîòà âðàùåíèÿ; çàçîð.
Keywords:
extrusion; a dynamic matrix; dorn; speed; pres-
sure; frequency of rotation; a backlash.
( )
( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
2
2
2
2
2
2
1
;
Re
1
;
Re
1
,
Re
x z
x z
x
x
x
x y
y
y z
y
y
y z
x z
z
z
z
P
x
y
z
x
P
x
y
z
y
P
x
y
z
z
∂ υ υ ∂ υ υ
∂ υ
∂υ
∂
+
+
+
= + ∇ υ
∂τ
∂
∂
∂
∂
∂ υ υ ∂ υ ∂ υ υ
∂υ
∂
+
+
+
= + ∇ υ
∂τ
∂
∂
∂
∂
∂ υ υ
∂ υ υ
∂ υ
∂υ
∂
+
+
+
= + ∇ υ
∂τ
∂
∂
∂
∂
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
;
;
,
x
x
x
x
y
y
y
y
z
z
z
z
x
y
z
x
y
z
x
y
z
∂ υ ∂ υ ∂ υ
∇ υ = + +
∂
∂
∂
∂ υ ∂ υ ∂ υ
∇ υ = + +
∂
∂
∂
∂ υ ∂ υ ∂ υ
∇ υ = + +
∂
∂
∂
0 .
y
z
x
D V
x y z
∂υ ∂υ
∂υ
≡ ∇ ≡ + + =
∂ ∂ ∂
Выход
Дорн
Стен а
Шне
Вход
Ðèñ. 1. Ðàñ÷åòíàÿ ñõåìà äâèæåíèÿ ðàñïëàâà áèîïîëèìåðà â
ôîðìóþùåì êàíàëå äèíàìè÷åñêîé ìàòðèöû ýêñòðóäåðà
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека