Чисельне моделювання процесу перемішування полімернї композиції в каналі статичного змішувача

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorСівецький, Володимир Іванович
dc.contributor.authorМальчевський, Олексій Тарасович
dc.date.accessioned2026-04-07T09:40:32Z
dc.date.available2026-04-07T09:40:32Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractНаведено порівняльні результати чисельного моделювання процесу перемішування двофазної полімерної композиції у пропорції 50/50 в каналах базового статичного змішувача типу Kenics та розробленого лопатевого статичного змішувача в різних його конфігураціях, які дають уявлення щодо ефективності запропонованого змішувача в порівнянні із базовим. Для опису реологічних властивостей полімерного розплаву використано модель в’язкості Берда-Карро, яка найбільш адекватно відображає неньютонівську поведінку полімерів. Система рівнянь, що включає рівняння імпульсу, енергії, нерозривності та об’ємної частки вторинної фази, була реалізована у програмному середовищі ANSYS Fluent із застосуванням методу скінченних елементів. Базовим об’єктом порівняння виступав статичний змішувач Kenics із традиційними геометричними параметрами, а саме: кут повороту елементів 120°, розташування сусідніх елементів під кутом 90°. Для лопатевого статичного змішувача розглядався більш широкий різновид конфігурації геометрії: товщина елементів (10, 15 та 20 мм) та кути їх взаємного повороту (45° і 90°).
dc.description.abstractotherThe work includes numerical modeling of the process of mixing a polymer composition in static mixers of various designs, namely in a classic Kenics mixer and in a new proposed modification of a blade static mixer. The relevance of the topic is due to the growing need for high-quality polymer products, for which a uniform distribution of the dispersed phase is of decisive importance in the formation of the final physical and mechanical characteristics of the material. The purpose of the study was to determine the efficiency of a new design of a static mixer, analyze the influence of its geometric and technological parameters on the dynamics of polymer composition flows and the level of homogenization in comparison with the basic Kenics design. The work has applied numerical modeling of the process of mixing a two-phase polymer composition (in a ratio of 50/50) under isothermal laminar flow conditions. To describe the rheological properties of the polymer melt, the Bird-Carrot viscosity model was used, which most adequately reflects the non-Newtonian behavior of polymers. The system of equations, including the equations of momentum, energy, continuity and volume fraction of the secondary phase, was implemented in the ANSYS Fluent software environment using the finite element method. The basic object of comparison was a Kenics static mixer with traditional geometric parameters (element rotation angle 120°, arrangement of adjacent elements at an angle of 90°). The influence of different values of the volumetric flow rate (2·10⁻⁵ – 8·10⁻⁵ m³/s) on the level of homogeneity and pressure drop was investigated. The results showed that the flow rate only slightly affects the final level of homogenization, and the resulting homogeneity drop was within 2.08–2.67 %. For the blade static mixer, various geometry configurations were considered: the thickness of the elements (10, 15 and 20 mm) and the angles of their mutual rotation (45° and 90°). It was found that the geometry of the structure has a decisive influence on the quality of mixing. The worst results were obtained when the elements were rotated by 90° regardless of the thickness, while the best level of homogenization (8.6%) was recorded for the variant with a thickness of 15 mm and a rotation angle of 45°. Although these results are inferior to the basic Kenics mixer, they confirmed the promising design, which, thanks to its modular structure, allows you to vary the number and configuration of elements, adapting the device to specific technological tasks. A comparative analysis of the pressure drop showed similar patterns in the two types of mixers - for both, a stepwise decrease in pressure along the channel is observed. However, the peak pressure values in the blade mixer significantly depended on the geometric parameters of the elements, which opens up opportunities for optimizing the design for specific requirements. In general, the study demonstrated that the classic Kenics mixer provides a significantly higher quality of homogenization of polymer compositions. At the same time, the new blade mixer has the potential for further modernization and application, given its flexibility in geometric variations and the possibility of improvement. The prospects for future work are to expand the range of geometries studied and conduct experimental tests on industrial samples of polymer materials
dc.format.pagerangeС. 9-22
dc.identifier.citationСівецький, В. І. Чисельне моделювання процесу перемішування полімернї композиції в каналі статичного змішувача / Сівецький В. І., Мальчевський О. Т. // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2025. – № 4(24). – С. 9-22. – Бібліогр.: 14 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2025.348807
dc.identifier.orcid0000-0001-8402-0874
dc.identifier.orcid0009-0009-3479-0251
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/80000
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження», № 4 (24), 2025
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectекструзія
dc.subjectперемішування
dc.subjectстатичний змішувач
dc.subjectполімерна композиція
dc.subjectмоделювання
dc.subjectextrusion
dc.subjectmixing
dc.subjectstatic mixer
dc.subjectpolymer composition
dc.subjectmodeling
dc.subject.udc678.057
dc.titleЧисельне моделювання процесу перемішування полімернї композиції в каналі статичного змішувача
dc.title.alternativeNumerical modeling of the process of mixing a polymer composition in a static mixer channel
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
9-22.pdf
Розмір:
1.17 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 4 (24)