Дисертації (МАХНВ)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Теплообмін при калібруванні труб з термопластів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Подиман, Григорій Сергійович; Семінський, Олександр ОлеговичПодиман Г.С. Теплообмін при калібруванні труб з термопластів. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 133 «Галузеве машинобудування». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Процес калібрування є одним з визначальних для якості труб з полімерних матеріалів, які виготовляються методом екструзії, від досконалості калібрувального пристрою залежить продуктивність і питомі енерговитрати при виробництві гладких труб з термопластів, особливо для труб малого діаметра (16…25 мм). Дисертаційну роботу присвячено дослідженню процесу калібрування труб з термопластів, а саме інтенсифікації процесу перенесення тепла та зменшенню напружень в матеріалі труби, яка калібрується для модернізації існуючих конструкцій калібрувальних пристроїв, що дозволить збільшити швидкість калібрування і продуктивність екструзійного обладнання для виробництва труб. Проведено аналітичний огляд сучасного стану досліджень процесів калібрування при екструзії термопластів. Розглянуто основні сучасні технології калібрування та конструкції калібрувальних пристроїв, на основі патентного пошуку проаналізовано основні напрямки вдосконалення їх конструкції. За результатами аналітичного огляду визначено шляхи модернізації калібрувальних пристроїв, сформульовано напрями інтенсифікації перенесення тепла та зменшення механічних навантажень в матеріалі стінки труби, яка калібрується, сформульовано обмеження технологічних параметрів і визначальних геометричних розмірів калібрувального пристрою. При калібруванні труб з термопластів відбувається кілька пов’язаних між собою процесів: перенесення тепла через стінку калібрувальної гільзи, утворення надмолекулярних структур в матеріалі стінки труби, яка калібрується, зі зміною його теплофізичних параметрів, також, виникають напруження від тертя зовнішньої стінки труби по поверхні калібрувальної гільзи. В даній роботі результати сучасних досліджень вдосконалено та поєднано для вирішення наукової задачі підвищення ефективності процесів теплообміну в калібрувальному пристрої при одержанні труб з термопластів із заданими властивостями. Для моделювання процесу перенесення тепла в роботі використано двовимірну математичну модель нестаціонарної теплопровідності з врахуванням теплоти фазового переходу при утворенні надмолекулярних структур. Обґрунтовано використання декартової системи координат для швидкоплинного охолодження при калібруванні, сформульовано граничні умови другого роду – питомий тепловий потік від матеріалу стінки труби яка калібрується до охолоджувальної рідини. Враховано термічний опір між стінкою труби яка калібрується до стінки калібрувальної гільзи. Розрахунок температурних полів в матеріалі стінки труби яка калібрується виконано для поліетилену високої густини: в обчислювальному експерименті з використанням методу скінченних різниць за явною схемою, програмне забезпечення Python 3.7; в симуляційному експерименті з використанням CFD систем. Розбіжність розрахунків оцінено за допомогою критерія Фішера, зроблено висновок щодо можливості використання CFD систем для розрахунку температурних полів при калібруванні труб з термопластів за умови врахування зміни теплофізичних параметрів в широкому діапазоні температур. Також, проведено обчислювальний експеримент для поліпропілену тип 1. При охолодженні труби в розплаві термопласта утворюються надмолекулярні структури (протікає склування), при цьому зміни теплофізичних та механічних властивостей характеризуються ступенем кристалічності. При збільшенні ступеня кристалічності зменшується питомий об’єм матеріалу і виникає усадка. Для запобігання порушення термічного контакту труби, яка калібрується, зі стінкою калібрувальної гільзи необхідно підтримувати тиск у вакуумній ванні. Процес усадки досліджено теоретично, що дозволило розробити модель та алгоритм для розрахунку значення тиску, необхідного для забезпечення термічного контакту. Встановлено, що процес склування термопластів при охолодженні в калібрувальному пристрої відбувається в двох послідовно розташованих умовних зонах – зоні формування твердої плівки та зоні її росту, а процес перенесення тепла для зони формування лімітується зовнішньою задачею, тому інтенсифікація перенесення тепла від зовнішньої стінки калібрувальної гільзи до охолоджувальної рідини дозволяє покращити умови калібрування. В зоні росту охолодженої і механічно міцної плівки термопласту інтенсифікація охолодження калібрувальної гільзи мало впливає на процес калібрування. Для перевірки положень фізичної та математичних моделей процесів перенесення тепла в калібраторі із застосуванням контрольованого розрідження проведено натурний експеримент з використанням промислового обладнання. Результати натурного експерименту узагальнено та порівняно з результатами, отриманими з серії обчислювальних експериментів, підтверджено адекватність моделі та коректність алгоритму і програми розрахунку. За результатами натурних та обчислювальних експериментів запропоновано кореляційну залежність min 1 0 ( )k P k для визначення мінімального тиску розрідження, який достатній для протидії ефекту усадки при склуванні розплаву термопласта і дозволяє зберегти термічний контакт труби, яка калібрується з поверхнею калібрувальної гільзи. Експериментально визначено коефіцієнти закономірності для калібрування труби діаметром 25 мм, з поліетилену високої густини та калібрувального пристрою з адаптивним розрідженням по зонам експериментально визначено коефіцієнти для розрахунку величини розрідження: k1=6. 104 Па/с1,25 ; k2=1,25; час формування міцної плівки з розплаву 0=0,2 с. Розрідження вздовж калібрувальної гільзи має відповідати мінімальному тиску для забезпечення термічного контакту труби з поверхнею калібрувальної гільзи, що дозволяє уникнути відриву труби від поверхні калібрувальної гільзи до завершення росту товщини твердого шару, та зменшити зусилля протягування, які викликають напруження в тонкому охолодженому шарі термопласту, який має механічну міцність. Забезпечення поставленої умови дозволяє збільшити швидкість калібрування та, відповідно, продуктивність виробництва без збільшення кількості обривів лінії і втрати якості труби. Запропоновано нові, більш прогресивні відносно сучасних, конструкції вакуумних трубних калібрувальних пристроїв з двома зонами розрідження. Отримано два патенти на корисні моделі калібрувальних пристроїв з контрольованим розрідженням вздовж калібрувальної гільзи. Нові конструкції забезпечують збільшення площі теплообміну калібрувальної гільзи з охолоджувальною рідиною до 50 % та збільшення коефіцієнта тепловіддачі більш ніж вдвічі. Для модернізованих конструкцій калібрувального пристрою запропоновано алгоритм розрахунку визначальних геометричних розмірів елементів модернізації – гвинтового каналу на основі гідравлічного опору та обмежень пристроїв створення розрідження (вакуумного насосу) і складено програму в середовищі Python 3.7. Для модернізованого калібрувального пристрою проведено серію обчислювальних експериментів з використанням циліндричної системи координат та граничних умов третього роду, отримано графіки для інженерного розрахунку довжини зони охолодження після калібрувального пристрою. Наукова новизна одержаних результатів: Вперше: - обґрунтовано умови процесу теплообмінну з контрольованим термічним опором при контакті труби та робочої поверхні калібруючої гільзи при заданій динаміці процесу кристалізації, що дозволить збільшити продуктивність лінії при збереженні якості виробу; - експериментально визначено час формування твердого шару полімеру на зовнішній поверхні труби при контакті з калібратором та визначено мінімальне значення та динаміку зміни розрідження в камері калібратора для забезпечення заданого термічного опору при охолодженні без механічного руйнування новоутвореного твердого шару на трубній заготовці; - обґрунтовано умови мінімального розрідження в зоні калібрувального пристрою для термічного контакту рухомої труби зі стінкою калібрувальної гільзи, що дозволить підвищити якість виробів. Удосконалено: - математичну модель процесу теплообміну при калібруванні з урахуванням зміни фізичного стану та теплофізичних параметрів, термічного опору на межі метал–термопласт; - експериментально визначено технологічні параметри роботи калібрувального пристрою для виробництва труб з поліетилену при різних режимах калібрування. Дістало подальший розвиток: - підходи до проектування інноваційних конструкцій калібрувальних пристроїв для виробництва труб з термопластів із застосуванням методів експериментально-чисельного моделювання. Науково-технічні результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес на кафедрі машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Розроблено алгоритм розрахунку модернізованої конструкції калібруючого пристрою, що дозволить збільшити продуктивність на 15% при виробництві труб діаметром 16, 20 та 25мм.Документ Відкритий доступ Гранулювання багатокомпонентних рідких систем в псевдозрідженому шарі(2021) Любека, Андрій Миколайович; Корнієнко, Ярослав МикитовичДокумент Відкритий доступ Процес сушіння тонкодисперсної пасти діоксиду титану(2019) Гробовенко, Ярослав Віталійович; Марчевський, Віктор МиколайовичДокумент Відкритий доступ Гідродинаміка у грануляторах із псевдозрідженим шаром при одержанні органо-мінеральних добрив(2018) Гайдай, Сергій Сергійович; Корнієнко, Ярослав МикитовичДокумент Відкритий доступ Процес екструзії полімерів на каскадному дисково-шестеренному екструдері(2017) Швед, Дмитро Миколайович; Корнієнко, Ярослав Микитович; Машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв; Інженерно-хімічний; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Процес сушіння флютингу із застосуванням енергії інфрачервоного випромінювання(2016) Новохат, Олег Анатолійович; Марчевський Віктор Миколайович; Машин та апаратів хімічних та нафтопереробних виробництв; Інженерно-хiмiчний; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Процес регенерації рулонованих мембранних модулів(2016) Гулієнко, Сергій Валерійович; Корнієнко, Ярослав Микитович; машин та апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв; інженерно-хімічний; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"