Расчет скорости движения композиционных материалов

Для расчета скорости отвода стренгов используем уравнения теплопередачи в нестационарных условиях.

Расчет параметров охлаждения производим графоаналитическим методом, т.е. зная значение безмерной температуры:

 

Q =              (2.1)

 

где Тn=72,5єС=345,5К – средняя температура полимера [1.];

Ткр=130єС=403К – температура кристаллизации полимера [2.];

Тв=30єС=303К – температура воздуха [2].

Q = єС

Найдем критерий Грасгоффа, определяемый по формуле (2.2): [2]

 

Gr = ,                (2.2)

 

где ,0033 – температурный коэффициент объемного расширения воздуха;

₀ = 250 мм = 2,5 м – длина стренга;

g =9,8 м/с² – ускорение свободного падения;

Тw = 116,25єС = 389,25К – средняя температура полимера;

= коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 30єС [2].

Gr = 142 ·10^-13

При свободной конвекции воздушной среды критерий Нуссельта, при ламинарном режиме, составляет:

 

Nu = 0,695· Gr^0,33                       (2.3)

 

Nu = 0,695 · (142 ·10^-13)^0,33 = 6,95 ·10^-3

 

Коэффициент теплоотдачи равен: ,     (2.4)

 

где = 2,67 · 10² Вт/м·К – коэффициент теплопроводности воздуха при температуре Т=30єС [4.c. 402];

= 92,7825 Вт/м² · К

Численное значение Био [4]:

 

,                                   (2.5)

 

где = 3 мм – толщина жгута;

Вт/м·К – теплопроводность полимера при температуре Т= 101,25єС [3]

= 1295,7

Используя значение критерия Био, находим по номограмме критерий Фурье: [3]

F₀=0,04

Определив критерий Грасгофа, Нуссельта, Био и Фурье, рассчитываем скорость отвода полимера. Коэффициент теплоотдачи при условии вынужденного движения жгута относительно воздуха, находим по критерию Рейнольдса:

 

R_e= ,                          (2.6)

 

где =0,002 м/с – скорость движения от линии кристаллизации до направляющих пластин [2].

R_{e= = 2,5 · 10}^-2,

А затем рассчитываем коэффициент теплоотдачи:

 

,                                (2.7)

 

= 1,41

Для последующих расчетов берется наибольшее значение коэффициента теплоотдачи из двух найденных или .

Скорость отвода материала из условий охлаждения будет равна:

 

,                              (2.8)

 

где =900 кг/м³ – плотность полимера при температуре Т=20єС [2];

= 1,92 кДж/(кг·К)=1,92·10³Дж/(кг·К) – теплоемкость полимера [2];

= 2·10^-3 м/с