автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Физические эффекты в технологических процессах формования длинномерных полимерных изделий в рамках квазиодномерного подхода

?тв о»

-8 0*1'«»

На правах рукописи

ШАПОВАЛОВ ВЛАДЖИР МИХАЙЛОВИЧ

ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

ФОРМОВАНИЯ ЛЛИННОМЕРШХ ПОЛЖЕРШХ ЮЛЕШ В РАМКАХ КВАЗИОДНОМЕРНОГО ПОДХОДА

Специальности: 05.17.06 - технология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

переработки пластических масс, эластомеров и комг— 01.04.19 - физика полим

Москва - 1996

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доктор технических наук, доктор Физико-математических наук.

профессор Прокунин А.Н. профессор Казанков Ю. В. профессор Карташов Э. М.

Ведущая организация: Научно-производственное объединение "Пластик" С г. Москва)

Защита состоится 28 октября 1996 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Л 063.41.04 в Московской Государственной академии тонкой химической технологи!, им М. В. Ломоносова по адресу: Москва, ул. М. Пироговская .1. Отзывы направлять по адресу: 117571. Москва, пр. Вернадского. 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАТХТ.

Автореферат разослан "_"_1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета. д.ф.-м.н., профессор

В. В. Шевелев

--------- ОБШЛЯ ХАРАКТЁРИСТЖА РАБОТЫ

Актуальности Tfii.ft.L- В связи с бурным разв.гием технологии процессов переработки полимеров и растущим внедрением полимерных материалов в различных приложениях в последние голы все большее внимание уделяется исследованиям течений нетрадиционных сред -растворов и расплавов высокомолекулярных полимеров. Однако в настоящее время развитие промышленности происходит в условиях действия ряда огроничивакщих Факторов: удорожания сырья и энергии", ограниченности капитальных вложений и ресурсов рабочей силы. Поэтому прогресс в технологии переработки полимеров будет идти в направлении интенсификации процессов, увеличения эффективности использования сырья и других ресурсов, дальнейшего повышения -уровня автоматизации и механизации на базе новой техники.

В процессах технологической переработки полимеры подвергаются последовательному, а иногда и одновременному, воздействию различных Физических полей: давления, температуры, деформации, скорости деформации, радиационного излучения и др. В результате Формируется внутренняя структура (ориентация, кристаллизация) и Форма готового изделия. Из отмеченных Физических полей наиболее рас- _ пгостг>анены температура, деформация и скорость деформации. Конкретная технология характеризуется специфической комбинацией и интенсивностью определенных Физических полей. Соответственно, но-• вые технологии описываются новой комбинацией Физических полей.

Качество получаомьгх изделий определяется (если опустить качество сырья) точностью <<дозирования>> температурных и деформационных воздействий на полимер. Поэтому гидродинамическим и теп-ло-массообменным процессам полимерных жидкостей и их математическому моделированию уделяется все большее внимание.

Успехи теоретической и экспериментальной реологии последнего времени в области растяжения полимеров связаны с трудами ряда отечественных исследователей: Каргина В. А., Соголовой Т. И.. Виноградова Г. В.. Гуля В.Е.. Малкина А.Я., Слонимского Г.Л., Проку-, нина А. Н.. Фихмана В. Я.. Древаля В. Е. и др.

Выбор объектов исследования связан со следушими обстоятельствами. Во-первых, процессы Формования плоских пленок и волокон в производственных условиях существенно отличаются от реализуемых в лабораторных условиях. Это делает теоретический анализ

таких течений весьма важным и актуальным. Во-вторых. течение растяжения широко используется в экспериментальной реологии при анализе проблем прядомости полимерных жидкостей. И. наконец, в-третьих, анализ теплообмена и течения в струях и пленках важен с точки зрения структурообразования (ориентация, кристаллизация), а также для разработки теоретических основ процессов переработки полимеров, их усовершенствования и оптимизации.

Математическое моделирование позволяет избежать дорогостоящих натурных экспериментов, сократить сроки отработки технологических процессов и подготовки нового производства. Разработанные модели могут использоваться также в качестве математического обеспечения систем автоматического контроля и регулирования.

Ир пк г>яЯпты- Исследование методами математического моделирования в пределах квазиодномерного представления Физических эффектов. связанных с течением и теплообменом при Формовании длинномерных изделия типа пленок и волокон из термопластов. Разработка гидродинамической теории Формования гранул при переработке неньютоновских сред на лторных гранул' тарах. Разработка конструктор-ско-технологических рекомендаций по совершенствованию процессов переработки полимеров как для с иествуших. так и для проектируемых производств.

Научная ипицг»нп Разработаны модели и получено решение проблем:

-течения и теплообмена плоской струи расплава полимера в зоне Формования с учетом неизотермичности, собственного веса, нелинейной вязкости и трения о поверхность отборного валка:

-гравитационной укладки плоской высоковязкой струи.на движущуюся подложку (определена область течения, устойчивого к возникновению автоколебаний возрасташей амплитуды):

-элонгационного течения непрямолинейной свободной струи в условиях поперечного действия гравитационных сил для ньютоновских. нелинейно-вязких и упруговязких полимерных жидкостей с учетом неизотермичности и капиллярных эффектов в стационарных и динамических режимах (обнаружен и подробно исследован эффект тран-скритмческой бифуркации тянущего напряжения и провисания, исследованы механизмы потери устойчивости при различных видах возмущений):

-капиллярная эволюции некруглой струи олносвязного профиля в условиях неизотермического элонгационного течени , применительно к процессу Формования профилированных волокон £ проанализировано влияние различных технологических параметров на кинетику эволюции поперечного профиля по длине струи):

-течения неньигоновской жидкости в зазоре между врашашимся цилиндром и полупроницаемой поверхностью, применительно к процессу роторного гранулирования с учетом напорного эффекта, трения жидкости о боковые стенки, неоднородной Фрикши по длине валка:

-течения неньютоновской жидкости в рабочих каналах фрикционного насоса с учетом потерь мощности и утечек в торцевых уплотнениях и между гребнями ротора и корпусом. . _

На основе предложенных моделей разработаны методики определения областей необходимых технологических и конструктивных параметров процессов переработки.

Практическая прннпсть. Теория капиллярной эволюции поперечного профиля свободной струи использовалась при разработке нового способа получения лоликапроамияных гранул. Применение этого способа существенно (в 2 и более раз) интенсифицирует массообмен-ные процессы на стадиях экстракции низкомолекулярных соединений и сушки. Экономический з<Мект от внедрения этой разработки на ПО "Химволокно" С г. Волжский) составил 367 тыс. рубл. в год С в ценах . 1991г, ), Методика расчета охлаждения полимерной пленки использовалась при проектировании технологического оборудования производства полипропиленовой пленочной нити Калининским ВНИИСВ с годовым экономическим эффектом 80 тыс.- руб. Также методика расчета охлаждения полимерной пленки использовалась при проектировании ' агрегата производства П8Х пленки. Экономический эффект от внедрения этой разработки на ВПО "Химлром" С г.Волгоград) составил 87 тыс. руб. в годСв ценах 1991г). Выполнена оптимизация охлаждения на валках плоской полипропиленовой пленки. Экономический эффект в МП "Стройпласт" С г.Тверь) на линии производительностью 960 т/год составит 700 тыс. руб. Теория роторного гранулирования использовалась при проектировании технологической линии производства сушеных дрожжей. Экономический эффект от внедрения этой разработки на Волгоградском биохимическом заводе при годовом ешуске 53.1 тонны продукта составит 547 тыс.рубл.в год.

Результата работы способствует развитию теоретических. основ переработки полимеров и могут использоваться при создании технологического оборудования производства плоских пленок, профилированных волокон, роторных грануляторов. Фрикционных насосов.. для совершенствования таких методов динамической реологии растворов и расплавов полимеров, как злонгаиионная реометрия в свободных струях.

Апрпйяпия раКптц. Результаты работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научно-технической конференции "Процессы и аппараты производства полимеров; методы и оборудование для переработки их в изделия" (Москва. 1977г.. Москва, 1982г.): на .2 и 3 Всесоюзных симпозиумах "Теория механической переработки полимерных материалов" С Пермь, 1980г. .Пермь. 1985г.): на Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии" (Суммы. 1980г.): на Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности применения полимерных материалов в отраслях промышленности, производящих продукты питания" СМосква. 1983г.): на Всесоюзной научно-технической конференции "Создание прогрессивного оборудования для производства синтетических волокон" С Чернигов. 1982г.): на Всесоюзном симпозиуме по реологии С Волгоград,1984г.); на 3 Всесоюзном симпозиуме "Теория механической переработки полимерных материалов" (Пермь, 1985г.): на 2 Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности тепло-массообменных и гидродинамических процессов в текстильной промышленности и производстве химических волокон"

(Москва. 1985г.): на II Всесоюзной научно-технической конференции "Реология и оптимизация процессов переработки полимеров" (Ижевск.1989г.5: на научных конференциях и семинарах Волгоградского технического университета. Диссертация в целом обсуждалась на научном семинаре по гидромеханике под руководством проф.К.С.Басниева (Государственная академия нефти и газа), на научном семинаре под руководством проф. В.М. Ентова (Институт проблем механики), на научном семинаре под руководством проФ. Ю.Г.Яновского (Институт прикладной механики).

гучяи!ся»иц По теме диссертации опубликовано 56 работ, в том числе получено 3 авторских свидетельства.

Ооук-тупя и nñwu лиггргггдции. Лиссептапия состоит из ввепе- --ния. пяти глав, заключения и приложений: основное содержание изложено на 386 страницах машинописного текста: работа содержит 105 рисунков, 8 таблиц и список цитированной литературы из 241 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования, излагается краткое содержание работы.

В первой главе работы представлен обзор теоретических и экспериментальных исследований, посвященных рассматриваемым в диссертации вопросам. Отмечается, что в реальных технологических процессах переработки полимеров использование для анализа квазиодномерного подхода часто осложнено отсутствием симметрии граничных условий.

На основании проведенного обзора представлены выводы и формулируются задачи исследования.

Во второй глава рассмотрена реодинамика плоской струи при

вытяжке полимерной пленки. Производство плоских полимерных пленок экструзией с последушим охлаждением на барабане или системе валков является одним из наиболее производительных и высокоэФФек-чиьных процессов. Быстрое охлаждение приводит к хорошим оптическим и механическим свойствам пленки. Процесс Формования существенно влияет на результаты последушлх технологических операций, например, на ориеитационную вытяжку. Наиболее подробно изучены вопросы геодинамики Формования рукавных пленок С Нал С. D., А.В.Баранов). Процесс Формования плоской пленки сопровождается рядом нетривиальных эффектов, которые не наши отражения в литературе: остаточное течение полимера на барабане, трение о поверхность барабана. тепловая инерция поверхности барабана. Особенно важное значение вопросы реодинамики и теплообмена приобретают при получении высокопрочной пленочной нити методом ориентационной кристаллизации.

Схема течения и система координат показана на рис. 1. Длина струи t. Начало координат помешено в сечении, где закончился процесс разбухания . В этом сечении ширина пленки Ьо. толщина ho. скорость Vo.

-Ьо—-И

IV »

»х

Фильера

струя

валок

Рмс.1

Рассмотрим кинематические закономерности течения с использованием меры деформации по Генки. Тензор скоростей деформаций

имеетвил о о

о ~ I' о -й

о

о

(2.1)

Реологическим соотношением нелинейно-вязких жидкостей будет 6 - - р® + 7, 7 ■ 2К25р(й:.]«.п-и/2 й (2.2)

• На плоских поверхностях струи давление равно атмосферному бзз » 0, что дает для изотропного дг-мления р» Ззз. а для напряжений 6ц- ГГц - 7зз. 622 « 5"22 - Тзз.

В продольном течении пленки различают режим плоской вытяжки и одноосной. При одноосной вытяжке бзз - 622 « 0. что дает для кинематических характеристик: 622 • йзз. Ь/Ь© » Ь/Ьо, у/уо » (Ьо/Ь)2. Соответственно тензор скоростей деформаций

ЬЬ2

11(111 - -

3' |2 О 0« — О -1 ОЦ Ь2 «О 0 -11

о

-0,5 О -О,

Л-

(2.3)

Имеет место подобие поперечных сечений. При плоской вытяжке ширина не изменяется (Ь'~ О, ¡122 - О, Ь « Ьо. Ьо/Ь » у/уо) и тензор скоростей деформаций

— - 8 Л" "¡8 8

(2.4)

Показано, что для реализации плоской вытяжки к краям струм необходимо приложить внешнее напряжение 622 • бц/2 (при двухосной

О

ориенташоиной вытяжке это осуществляется клуппами).

Экспериментально установлено, что с уменьшением длины зоны течения геометрическое подобие поперечных сечений нарушается в сторону увеличения ширины. Так называемый <<ширительный>> эффект связан с трением пленки о поверхность валка (Мжельский А.Й.). Рассматривая край пленки как натянутую нить следует ожидать, что нить будет стремиться к положению при котором она проходит наименьшее расстояние. В общем случае предполагаем следуадее соотнсушение между напряжениями 622 = Ч* 5ц1 633 = 0. Случай V » 0 отвечает одноосной вытяжке, а Ч>= 0.5 - плоской. При этом тензор скоростей деформаций имеет вид

1 О О. II 11(111 - V О • с2-5)

•О 0 I

Опытные данные подтверждают однозначную зависимость. Ч* от С/Ьо. При Фиксированной скорости отбора коэффициент Ч* не влияет

на распределение осевой скороста.

Выполнен анализ задачи стационарного продольного течения , плоской струи аномальной жидкостм В Неизотермических условиях. Учитывались конвективная и радиационная составляндие теплового потока на поверхности. В квазиодномерном приближении течение опи- • сывается:

РС - — - - 2 с(с(Т - Тс) - 2 й.вСТ* - Тс4). Р - 2?ЬЬСс111 - с!33).

v - Уо(Ьо/Ь)2: х=0, Т»То. ЫЬо, ^о: х-1. уу1. С2.6)

Штрих означает производную по х.

Решение задачи С 2.6) для малых изменений температуры струи

получено в квадратурах. Аномалия вязкости и неизотермичность существенно влияют на характер течения и Форму струи. Так в зависимости от соотношения р£С31/2Уо/1)1-п/3?0 и 1Ьо/рС£5 распределение градиента осевой скорости может быть монотонно возрастающим, экстремальным или монотонно убывашим. Индекс течения существенно

влияет на Форму плоской струи, что можно использовать для оценки реологических свойств. В неизотермическом режиме натяжение в зоне вытяжки пропорционально начальной вязкости и коэффициенту теплоотдачи. Это можно использовать при разработке систем автоматического регулирования.

Рассмотрена задача укладки плоской струи на поверхность валка с учетом собственного веса и условия отсутствия сжимаших напряжений (см. рис. 15. Стационарное изотермическое течение нелинейно-вязкой жидкости описывается системой уравнений:

dv d

Pv — - v —CGn/v) + Pel 6ц -2?l2Cn-l,/2<dii_d22): dn-v':

dx dx

d22»-0,5v': 12>3v'2; Chvbh: v-v0: x*t. v-vi. бц»0. (2.7)

Также рассмотрено течение обобщенной жидкости Максвелла ПоУ

У- * А - - 2Ы , (2.8)

Dot .

где Db- конвективная производная пс Олдройду.

Расчеты выполнены методом Рунге-Кутта. Для вязких жидкостей существует минимальная скорость отбора, ниже которой в струе возникают сжимащие напряжения. В случае упруговязкой жидкости возможна ситуация когда в струе отсутствуют сжимамцие напряжения при малых и больших длинах зоны течения, но возникают при средних и укладка нарушается. Кроме того, возможно получение конечного сечения струи больше начального.

Также рассмотрено течение струи снизу-вверх. Это течение.непосредственно связано с <<бесФильерным>> Формованием (К. Е.Пере-пелкин) и проблемой прядомости. Показано, что для высоковязкой жидкости стационарное течение возможно при определенной скорости отбора. Прядомость повышается при наличии у жидкости упругих или дилатантных свойств, что согласуется с данными В. М. Ентова и

A. Л. Ярина. Получена удовлетворительная корреляция с эксперимен-

<

тальными данными А. Н. Прокунина.

Рассмотрена задача гравитационной укладки плоской струи высоковязкой жидкости на движущуюся с постоянной скоростью подлож-

ку. Течение имеет место при Формовании пленок из растворов и расплавов полимеров и в технологии светочувствительных Фотоматериалов (метод <<полива» и «палашей эаЕесы»). Схема течения представлена на рис. 2. Пренебрегаем инерцией, капиллярной и аэродинамической (трение о воздух) силами по сравнению с вязкой. В результате имеем:

ñf at

afv as

= о.

-гЧГец cos<P) as

О. -r-CfSll sln40 as

FPe.

Gil = 4?clv/ds, dv/ds = sinf. йх/Os = cosf. f-bS. (2.9)

Начальные и граничные условия для уравнений С 2.9)

t = 0. б » 5(s), v « v*(s), у » y„Cs), х « XhCs); t > 0. x = 0. y = 0, v = vo. f = fo. 5 = 5o. s = O: t>0. x=t, y--h. v * Kvo. - O . s » s*. Из решения стационарной задачи (d/dt=0). полученного в параметрической Форме следует, что значение l/h увеличивается с ростом К и уменьшением pgh2/4?Vo. Область течения ограничена 0> f >-Я/2.

-h

У

1' X

СТРУЯ S- s

— — — — — — --

Рис.2

О механизме «резонанса при вьггягивании>>. В замкнутой системе самопроизвольное нарастание интенсивности колебаний требует внешней энергетической подпитки и обусловлено положительной обратной связью, сущность которой состоит в том, что информация об изменении выходного сечения возвращается в зону течения в Форме синхронно изменяшегося и однородного по длине струи тянушего усилия. Пульсации тянушего усилия модулируют динамические процессы в струе, усиливая колебания, период которых близок к времени пребывания. Снижение градиента скорости в точке отбора (дилатаи-сия, неизотермичность) расширяет область устойчивого течения.

Путем численного анализа линеаризованных уравнений для воэ-

кушений (задача о собственных значениях) исследовано возникновение автоколебаний в струе нарасташей амплитуды - << резонанс при вытягивании». Определена область устойчивых течений, ограниченная нейтральной линией чисто мнимых инкрементов, где имеет место нормальная бифуркация рождения предельного цикла. Гравитационные силы снижают градиент скорости в точке отбора и тем самим повышают устойчивость течения: критическая кратность и частота нейтральных колебаний повышаются.

Jho

струя - ■*-Т Vo-» I точка контакта^

г

ШУГ/имЯ

Рис. 3

Впервые рассмотрена задача остаточного течения плоской струи на поверхности отборного валка. Предпосылками исследования являются работы В.М. Ентова и А.Н. Прокунина. Кривизной, поверхности валка пренебрегаем. Силы инерции и собственного веса незначительны. На свободной поверхности пленки условия: отсутствие касательных напряжений и непрерывность нормальных. Схема течения в окрестности точки контакта представлена на рис.3. В момент касания пленки валка ее толщина ho. а на большом удалении от точки касания - hi.

Двумерное течение жидкости на поверхности валка в стоксовом приближении описывается уравнениями:

1 ар azvx 32vx i ар a2vy a2vy avx + avv o>

i ax" ax2 + av2 * ? ay" ax« av2' ax ay §Vx

x-0. T—P+2? -. vwo. h-ho: x=oo . vx= W. vv-O, P.O. h-hi:

Эх

3vx 3vy 3vy y*0. vx - «R. Vv-O: v»h(x). — - 0. -P+2? — - 0. (2.10)

dy ax ay

где. hi х)-текушая толщина пленки на валке. Т-растягивашее напря-

кение в сечении, соответствуиаем точке касания. Задача имеет единственное собственное число. Аналитическое решение задачи Ch-hl)/(ho-hl)=expC-1.097x/hi) подтверждает наличие остаточного течения на валке. Между тем фундаментальная теория «резонанса при вытягивании» CMatovlch М.. Pearson J.R.A.. Ярин A. JL) построена в предположении <<жесткого>> отбора струи: в точке контакта скорость струи равна окружной скорости валкг^

Изменение толщины пленки на поверхности валка зависит от натяжения струи в зоне Формования. В стоксовом приближении эффект остаточного течения наиболее существенно проявляется в случае Формования толстой пленки С листа) и малых протяженностях зоны злонгационного течения.

ТУ ос

230

200

У

N) «

1.0

0.5 5л

0,1

\ 0 Г:! — о \ —

200

230 Рис.4

Тт. °С

2

Рис.5

4 7

Экспериментальные исследования по течению плоской пленки проводились на экструзионной установке ЕЗ-50-22 С японского производства). Для измерения температуры использовалась малоинерцион-иая термопара. Распределение скорости в зоне формования исследовалось методом нанесения меток на струю. На рис.4 сопоставлены экспериментальные и расчетные температуры полипропиленовой пленки на участке формования. Условия эксперимента следующие: Ьо=0.7433» 1,8 мм: Уо=>0,005»0.0167 м/с: К-1.01+14: 1-0.09*0Д75 УЧ Ьо=0.16*0.278 м: То»230*260 °С: Те»20*30 ос. Получено удовлетворительное соответствие опытных и теоретических результатов. Предложенная методика расчета теплообмена и течения плоской пленки использовалась при расчете технологического процесса получения Фибриллированной полипропиленовой пленки по методу ориентацион-ной кристаллизации.

В третьей главе впервые проведен подробный анализ простран-

ственного течения свободной струи неньютоновской жидкости с учетом ее гравитационно го провисания. Задача связана с проблемами Формования синтетических волокон и здонгашлонноя реометрии. Одной из проблем экспериментального исследования продольных течений является измерение тянущего усилия в случае. маловязких растворов полимеров.

У е >х

вя****"^ V,* Куо

Рис.6

На рис.6 показана схема течения и система координат. Течение реализуется между насадком СФмльероа) и отборным устройством . равномерно вращающимся валком. Точки истечения и отбора находятся на одном уровне, а сама струя ..¿жит в вертикальной плоскости. Координата х и у характеризуют положение центра тяжести произвольного сечения струи. Начал <ая осевая скорость уо. Скорость отбора VI. Инерцией жидкости можно пренебречь при малых числах Рейнольдса. Кроме того, будем пренебрегать трением о воздух и продольным кондуктивным переносом тепла в струе.

В длинноволновом приближении С струя рассматривается как одномерный континуум тахСа/Г)<<1) для вязкой жидкости уравнения неразрывности. сохранения импульса и теплового баланса имеют вид:

рсг

ату

Й5

о» н

ацур ах

ГРй вес** Г-Яа*« Н-ГСц соэФ» бц-3?

- - 2Яв*оСТ-То) - 2Яаа.«(Т4 - Тс4):

С3.1)

?-?оЕХр(|[^ - !"■]}» са$/гЬ02-1+у'2: у'ш Эу/Эх - 1£9.

Начальные и граничные условия задачи иО, <иа«(х), у»у»Сх). у-у.СхХТ-Т.Сх): ОО. *»0. У-Уо. У"0. Т«То: 1>0. уКу0. у»0.

Рассмотрены стационарные и нестационарна режимы течения ньютоновской, обобщенной максвелловской С 2.85 и жидкости Освальда-де Виля С2.2). В случае учета капиллярных сил растя ги-вашее напряжение включает изотропное давление, обусловленное' их действием

ЗТц/2 - <ЗоСа-1С1+а,2)-1''2 _ а" С 1+а' 2)-Зс2]; 71%.2Ъйч/дв На рис. 7 представлены зависимости кратности от безразмерного растягиваицего напряжения д=бцС/32оУо С а) и провисания У=УтД, Уго»у(х=Ь/2) средины струи от кратностй С б) для стационарного течения ньютоновской жидкости. Управляющий параметр й=ре&2/3?Уо характеризует силы собственного веса. Линия й»0 о пи--сывается уравнением К=ЕЖа) и соответствует течению без провисания.

При К>0 зависимости имеют экстремальный характер: Фиксированной краткости отвечают два растягивающих напряжения и два провисания. В критической точке Кп> Саля линии й»5) наступает вырождение бифуркации и течение с меньшими кратностями невозможно. С увеличением параметра Р критическая кратность, характеризующая точку ветвления, возрастает. Критическое провисание, отвечающее Кл>. составляет У«-0.4 и практически не зависит от й. Если в докритических провисаниях СйК/сЦ>0) имеет место равномерное течение вдоль всей струи и профиль скорости близок к экспоненциальному. то при больших закритических провисаниях С сЖ/сЦ<0) происходит локализация зон течения в начале и конце участка вытяжки, а средняя часть струи вытягивается незначительно. Характерные соотношения для течения: докритическое -У*0.4, ЭК/йфО. &(У1/ЙК<0. а|У|/ай>0: закритическое -У*0.4. ЭК/бсрО. й|У|/ак>0. а|У|/Зй<0.

В критической точке -У«0.4. аУ/аКт=аКт/Зд=0.

Капиллярные эффекты проявляются при малых тянущих усилиях и с увеличением числа Вебера область устойчивого течения сужается. В предельной точке закритического режима вычислительная схема генерировала странный аттарактор (нелинейная система четырех дифференциальных уравнений первого порядка). Качественно явление тран-скритаческой бифуркации сохраняется для аномальных жидкостей и неизотермических условий.

Рассмотрены динамические режимы течения для аномальных жидкостей и неизотермических условий. Задачи нестационарного течения решались численно: линеаризация не проводиласъ. Вначале находилось решение при независящих от времени граничных условиях. Нестационарное решение представлялось в виде суммы стационарных распределений радиуса, скорости, провисаний, температуры и соответствующих отклонений. При численном анализе использовались методы Рунге-Кутта, Кранка-Николсона и алгоритм Томаса. Рассмотрены случаи ступенчатого и синусоидального возмущений начального радиуса, начальной скорости или температуры. Контролировались отклонения конечного радиуса и провисание средней части струи. Динамические процессы носят колебательный быстро затухаший характер. Раскрыты механизмы потери устойчивости.

Показана сопоставимость по устойчивости докритического и закритического течений. Неизотермичность и упругие свойства значительно повышают устойчивость струи (усиливаются демпФирушие свойства течения). Критическое течение весьма неустойчиво даже к малым возмущениям радиуса или скорости: потеря устойчивости обусловлена возникновением автоколебаний нарастающей амплитуды. При подаче синусоидального возмущения изменение параметров системы носят резонансный характер с периодом колебаний, близким к времени пребывания жидкости в зоне течения, что согласуется с результатами для прямолинейной струи (Колпоциков В.Л.. Ярин А.Л.). Исследован <<резонанс при вытягивании» гравитационно изогнутых струй. С увеличением кривизны повышается критическая кратность, соответствующая возникновению автоколебаний возрастающей амплитуды. Имеет место нормальная бифуркация рождения предельного цикла. В эакритическом течении автоколебания не обнаружены.

Аня неизотермических условий и для вязкоупругой жидкости

удалось в диалоговом режиме роботы ЭВМ осущесп ить переход из докритического течения в закритическое путем варьирования параметра R. что дает основания для следующего заключения. Обнаруженное явление бифуркации не противоречит принципу единственности решения уравнений Навъе-Стокса. поскольку морфогенез течения (докритаческий или закритический) однозначно зависит от сценария организации течения (начальных условий). Характерные особенности катастрофы складки подтверждены экспериментально.

ЭФ4ект может использоваться в элонгационной реоыетрии свободных струй, поскольку растягивашее напряжение можно контролировать по величине провисания.

В четвертой главе рассмотрено неизотермическое продольное течение свободной струи некруглого профиля с учетом капиллярной эволюции поперечного сечения. Задача связана с проблемами Формования профилированных волокон. Исследования капиллярной эволюции при формовании профилированных волокон носят экспериментальный характер (Нал С.D.. Зябиикий А. .Grobe V.. Fersaumer Н. ), что связано с весьма дорогостоящими и трудоемкими операциями геометрического анализа срезов волокон микроскопических размеров. Основной проблемой Формования профилированных волокон является связь между конфигурацией выходного сечения Фильеры и профилем сформо-. ванного волокна.

Для вязкой жидкости правомерен принцип суперпозиции скоростей. согласно которому можно независимо рассматривать компоненты скорости, обусловленные элонгационным течением и действием капиллярных сил на криволинейной поверхности. Использовалась ступенчатая модель. Струя рассматривалась как совокупность цилиндрических участков. На отдельном участке имела место капиллярная эволюция в изохорических условиях. При переходе от одного участка к следующему предполагалось ступенчатое изменение площади поперечного сечение с сохранением геометрического подобия конечного и начального сечений. Путей уменьшения длины участков достигалась аппроксимация трехмерного неизотермического течения.

Задача капиллярной эволюции профиля вязкого цилиндра решена вариационным методом Био. Контур струи звездообразной Формы аппроксимировался тригонометрическим многочленом (см. рис.8)

ии? ) - Оо ♦ £1 Оп а» 9пг .

п-1

где г-число лучиков. угловая координата. Я-радиус свободной п< верхности. Обобщенные координаты системы опСО находились из с» темы уравнений динамики в Форме Лагранжа

где II-потенциальная энергия, - [)-диссипативная функция Реле$ &п=ск|п/с11. 1-время. Потенциальная энергия обусловлена действие сил поверхностного натяжения и определяется интегралом

Компоненты скорости, необходимые при определении функции Ре-лея. находились из решения бигармонического уравнения для функции тока. Использовались условия однозначности: ограниченносл функции и отсутствие касательных напряжений на поверхности. Интегральным аналогом условия непрерывности нормальных напряжения на свободной поверхности являются уравнения Лагранжа. Путех учета кинетической энергии в уравнениях Лагранжа выполнена оценка сил инерции.

Решение задачи о капиллярной эволюции бесконечного вязкого цилиндра имеет вид:

Эи/Зап - - ав/йбп. п-1....л)

(4.2:

2]1/2Й 09 . (4.3)

РИС.8

Sr п^гЗТ , Qno expl- „ . --1 cos 4Vi2. С 4.4)

где Qo^l-0,25E cm2. Qno -Фурье-коэФФициенты исходного профиля. T= 1/2-безразмерное время формоизменения. Расчетная Фор-

мула хорошо согласуется с последующими результатами капиллярной эволюции двухслойного вязкого цилиндра, выполненного методом Фурье СВ.М.Ентов, А. Л.Ярин). На рис.8 представлены расчетные эволюции профиля для различных моментов безразмерного времени 7.

Для капиллярной эволюции поперечного профиля введено понятие регулярного режима Формоизменения. В регулярном режиме профиль может быть охарактеризован первой гармоникой тригонометрического многочлена, а амплитуда описывается экспоненциальной функцией времени. Как и в теории теплообмена регулярный режим может найти применение в приложениях, например, в новых методах измерения вязкости или поверхностного натяжения по темпу Формоизменения.

В случае растягиваемой струи время Формоизменения определялось из дифференциального уравнения dT=dxSo( xDlU''2/ /у(х)КхЖх)1''2 С начальное условие х=0,3=0). которое рассматривалось как кинетическое совместно с уравнениями движения и тепло-переноса.

При рассмотрении продольного течения струи в уравнении сохранения импульса учитывались силы инерции, реологического сопротивления, трения и собственного веса CA.Зябицкий). Как в уравнении сохранения импульса, так и в уравнении теплового баланса, построенных в квазиодномерном приближении, учитывался эффект оребрения струи.

Полученная математическая модель дает возможность прогнозировать конфигурацию сформованного волокна и исследовать влияние параметров технологического процесса на капиллярное искажение исходного профиля. На рис.5 представлена кинетика изменения безразмерной высоты лучика (линия 1-расчетная кинетика, 2-G-4.1»10-5 кг/с. 3-6=8.33*10-' кг/с: 2.3-экспериментальные данные Grobe V., Fersaumer Н.). Варьировалась высота от Фирьеры до поверхности охлаждашей жидкости при Формовании ПКА С?-100 Па-с: 6=0,036 н/м: То»548 К: То303 К: Е=41,7 кДж/моль: vi-9,167 м/с). Также расчетные эволшии находились в удовлетворительном соответствии с ре-

зультатами Han С. D. и собственными опытными данными.

При прочих равных условиях струя звездообразной формы, имешая меньшее количество лучиков, лучше сохраняет свой профиль при Формовании. Наиболее интенсивно капиллярная эволюция протекает в непосредственной близости от Фильеры, где время пребывания сравнительно велико (осевая скорость мала) и вязкость расплава наименьшая. Процесс формоизменения заканчивается раньше чем процесс продольного течения. Длина области интенсивного йормоиэ-менения «0,5 м. Увеличение скорости отбора в 12 раз снижает время Формоизменения 7 на 10 2. Однако снижение начальной скорости (эквивалентно увеличению начального сечения) в 2 раза уменьшает время Формоизменения в 5.5 раз. Следовательно наиболее элективный способ сохранения начального профиля состоит в увеличении начального сечения.

Теория капиллярной эволюции в условиях элонгационного течения использовалась при разработке нового способа получения поли-капроамидных грант. Схема технологического процесса представлена на рис.9. Из аппарата непрерывной полимеризации посредством шестеренного насоса расплав подается в Фильеру 1. Вместо традиционной фильеры (с круглыми Формушими отверстиями) была установлена специальная - с шестилучевыми отверстиями. При этом Формовалась жилка шестилучевого профиля. Поперечные размеры фиксировались в ванне 2. Далее жилка 3 подавалась в резательную машину. Применение профилированной жилки с развитой поверхностью массопе-редачи значительно интенсифицировало последующие процессы экстракции ЖС и сушки. Описана практическая реализация способа получения поликапроамидных гранул звездообразного сечения на дей-ствушем технологическом оборудовании. Дано описание специального Формующего устройства.

В пятой главе рассмотрено Формование ненысггоновской жидкости в роторном грануляторе и вопросы транспортировки высоковязких жидкостей посредством фрикционного насоса.

Анализ течения неныоггоновских сред в зазоре между встречно врешашимися валками обычно выполняется в квазиодномерном приближении для давления (Александрова С.Г.. Иванов О.Н.. Парталин Т. А.. Си гае в Н. П.). При переработке ненысггоновских сред на роторных грануляторах нарушение симметрии течения обусловлено нали-

чием полупроницаемой стенки. В литературе отсутс~вует подход к грануляторам с неоднородной по длине валка Фрикцией, при формулировке задачи не учитывается напорный эффект. Такта остается крытым вопрос о скорости вращения свободного валка.

ляторов можно свести к единой расчетной схеме, которая представлена на рис. 10. Течение двумерное, ламинарное, стационарное, изотермическое. Среда несжимаема. Массовые силы отсутствуют. Ось у проходит через ось валка. Ось х лежит на поверхности матрицы. Для течения правомерны оценки: Ух»и-й|/. м ■*>-(. Ь/Ь. 1»Ь, йУх/ЕЬМи+\Д/и Эух/ЭуЧи+\Л/Ь. ауУ/ах~Си+\ЛЬ/Ь2. где Ь и Ь-ха-рак-£ерные размеры вдоль осей х и у. В рейнольдсовом приближении сау/ау»Эу/ах) течение описывается системой уравнений'

ар ар ар аг^у. 5ух 5уу о> ^ |&ух|п-1 Вух. Й2 Эу '* Эх Эу ' Эх Зу I Эу1 Эу'

у-0, ух-У. Уу—КпР1/п; у-Мх). у*-и. Уу-хи/К

»■хо. р-о: х«х1. р.ар/а*.о. С5.1)

Условие на поверхности валка получено в предположении: уу-и 21гх* -хи/й. Ух- и соей - и. 1х/Ш«1.

В конце зоны гидродинамического контакта принимается кавита-ционное условие (условие Рейнольдса). Коэффициент проницаемости зависит от реологических свойств среды и геометрии перфораций, но

не зависит от скорости движения матрицы.

При определении распределения давления использовался интеграл уравнения неразрывности в Форме

0.5су+ижх1э — 1 Ух с1у + К / р^ <1х »0 . ■ (5.2) Задача является недоопрЦпеленной, поскольку для трех неизвестных функций Р( х). ухс х. у) . уу( х. у) имеется только два уравнения. Координата XI являясь априорным параметром задачи, однозначно определяет координату точки ко и искомые функции.

Путем анализа уравнений показано, что наличие проницаемой матрицы не влияет на форму расчетного выражения для потребляемой мощности

XI

г |у»ъ

N - I (Ух^ху) 1у*0 С1х . (5.3)

Хо

которое соответствует процессу несимметричного вальцевания.

Для ньютоновской жидкости размер зоны течения не зависит от соотношения скоростей поверхностей, что имеет важное значение при анализе течения в грануляторах с круговым движением валка. Определены условия циркуляции жидкости на входе. Найдена скорость вращения свободного валка и показано, что потребляемая мощность в этом случае минимальна. Впервые определена скорость свободного валка конечной длины при его круговом: перемещении по поверхности неподвижной полупроницаемой матрицы, покрытой слоем аномальной жидкости С найден радиус качения).

Обнаружена асимптотическая зависимость интегральных параметров от протяженности зоны гидродинамического контакта. Введено понятие предельной загрузки на основании которого значительно упрощается методика расчета интегральных параметров: производительности, распорного усилия и потребляемой мощности. Дана методика расчета роторных машин. Предложено при анализе валковых течений со значительной фрикцией, в том числе и с проницаемой поверхностью. использовать квазиодномерное приближение для вязкости. При этом касательное напряжение для модели Оствальда-де Виля записывается так Уху-? I (Ц-У)/Ь( х) IП_1 (1ух/с1у. (!>№). Это выражение предполагает однородную вязкость по высоте зазора и изме-

няшу»ся по его длине, что правомерно в условиях доминирования чисто сдвиговой деформации.

Проанализировано влияние боковых стенок на течение в рабочем зазоре ньютоновской жидкости в грануляторах с эксцентренным расположением валка и цилиндрической матрицы. Задача описывается уравнениями:

ар ар i ар a2vx a2Vx av* avv avz

— « — =o; - — « + ——: — + — + — -о: зу 32 ? эх ov2 ü22 эх эу 32

у»0, vv»-KnP: v=h(x). vy-xU/R. vx-

2*0. 2-s. vv-0, vx=W: P«0: x-xi. P - öP/öx - 0. (5.4)

V+CU-V)z/a, Qi2*a.

U. ,, £,<2<S~&.

W+<U-W)(s-2)/Ä. s-a12ss:

где s-толшина валка, д-торцевой зазор между валком и стенкой. Задача трехмерного течения решена с использованием рядов Фурье.

Анализ показывает, что трение о боковые стенки подавляет циркуляцию и увеличивает градиент давления на входе, повышает распорное усилие и производительность по грануляту. Кроме того возрастает, характерный для валковых течений, напорный эффект в конце зоны течения.

Предложена методика восстановления сигнала при экспериментальном измерении давления в зазоре посредством сканирующих датчиков давления интегрирушего типа. Показано, что связь между регистрируемы)/ и действительным распределением давления описывается линейным интегральным уравнением Фредгольма первого рода. Даны условия регуляризации и получено решение задачи.

Гидродинамика Фрикционных насосов, весьма эффективных при транспортировке высоковязких растворов и расплавов полимеров, представлена в работах Бедера Л.М.. Янкова В.И., Хейсо В.А. Проблемами для этого вида течения является учет утечек в торцевых уплотнениях и конечность зазора между ротором и корпусом.

Решена задача трехмерного течения жидкости в рабочем канале фрикционного насоса с учетом конечного зазора между гребнями ротора и стенкой корпуса. Решение задачи Дирихле для уравнения Пуассона получено в рядах Фурье. Анализ течения показал, что за-

эор между гребнями ротора и стенкой корпуса незначительно влияет на напорную характристику и может быть принят сравнительно большим.

Решена задача течения аномально-вязкой жидкости в зазоре между неподвижным и врешавдимся параллельными дисками при неоднородном давлении на периметре, которая связана с течением в торцевых уплотнениях фрикционных и шестеренных насосов. Для поля давления использовалось квазиплоское приближение Хил-Шоу." Силы инерции и массовые силы не учитывались. Решение получено в рядах Фурье для условия доминирования сдвиговой компоненты скорости в окружном направлении. Наяден поток байпасного перетекания жидкости из зоны высокого давления в зону низкого давления для линейного распределения давления на периметре. Показано, что перетекание жидкости.обусловленное неоднородностью давления (отсутствует вращение, течение Хил-Шоу). не создает результирующего крутящего, момента от действующих на поверхностях дисков касательных напряжений.

Построены расчет ые выражения д.г: напорной характеристики и потребляемой мощности с учетом потерь расхода и энергии в уплотнениях фрикционного насоса. Найден? величина результмрушей радиальной силы, обусловленной неоднородностью давления на поверхности ротора и воспринимаемой подшипниками.

В приложении представлены задачи, связанные с рассматриваемыми течениями. В частности, рассмотрено охлаждение плоской пленки и мононити на термостатируемом валке (даны аналитические решения задач нестационарной теплопроводности). В результате анализа модели охлаждения плоской пленки на поверхности валка установлено, что эффект термической инерции стенки ветка, обусловленный незавершенностью ее охлаждения в фазе холостого пробега, снижает интенсивность охлаждения. Наиболее ярко эффект проявляется при формовании толстых полимерных пленок (листов) и низких интенсивнос-тях охлаждения внутренней стенки бабарана.

Предложен метод расчета охлаждения пленки с использованием эквивалентного коэффициента теплопроводности, который интегрально учитывает нелинейности задачи при переработке важнейших полимеров (ПЭВД. ПВНД. ПЭТФ. ПКА, изотактический ПП). Сопоставление экспериментальных и расчетных температур ПП пленки на бараба-

не приведено на корреляционном графике рис. 11 С1 расчет по модели. учитывавшей нелинейные эффекты: 2-расчет с использованием эквивалентной температуропроводности: Ы0.5 мм, То=270 °С. То=20 °С, у=0,07 м/с). На рис.12 представлено распределение температур в пленке при различной длительности охлаждения на барабане: 1-че-реэ 6 с: 2-через 9 с: сплошные линии-расчет по нелинейной модели: пунктир-с использованием эквивалентной температуропроводности; >1=10-3 м. То=230 °С, Тс=20 °С, у= 0.017 м/с. В регулярном режиме теплообмена обе модели даюгг близкий результат. Представлены программы расчета на ЭВМ отдельных задач.

Рис.11 " ч Рис.12

Решена задача нестационарной теплопроводности бесконечного цилиндра при смешанных условиях охлаждения его поверхности, которая соответствует контактному охлаждению моноволокна на изотермической поверхности. В области изображений по Лапласу решение получено в рядах Фурье. Неизвестные коэффициенты Фурье определялись путем разложения функции по наперед заданным с помощью бесконечных систем уравнений. Дл.я нахождения оригиналов использовалась вторая теорема обращения. Характеристические числа задачи определялись как корни векового уравнения. Показано, что кинетику процесса определяет первый корень векового уравнения. Получены асимптотические оценки для частных случаев, которые соответствуют известным решениям. Предложены номограммы для расчета средней по сечению температуры и температуры центра. Установлено Формальное соответствие с задачей охлаждения в граничных условиях третьего рода.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработай квазиодномерный подкол к расчету технологических процессов переработки полимеров. В рамках этого научного направления получены следукшие результаты.

1.1. Решена проблема «ширительного>> эффекта отборного валка при вытяжке пленки в зоне Формования. Индекс течения существенно влияет на форму плоской струи, что можно использовать для оценки реологических свойств. В неизотермическом режиме натяжение в зоне вытяжки пропорционально начальной вязкости и коэффициенту теплоотдачи. Это можно использовать при разработке систем автоматического регулирования. Исследовано влияние неизотермич-ности и реологических свойств полимера на прядомость плоской струи и ее гравитационную укладку на поверхность валка. Исследован <<резонанс при вытяжке>> возникаший при гравитационой укладке плоской высоковязкой струи на движущуюся подложку. Определена область течений, устойчивых к возникновению автоколебаний. Теоретически подтверждено наличие остаточного течения струи на поверхности приемного валк даже в случае язкой жидкости. Разработана инженерная методика расчета размеров Формуемой пленки и ее охлаждения с учетом теплоотдачи от по ерхности за счет конвекции и радиационного излучения.

1.2. Впервые обнаружено и подробно исследовано явление транскритической бифуркации стационарного течения свободных струй полимеров. Исследованы стационарные и динамические режимы течения нькггоновских. нелинейно-вязких и упруговязких полимерных жидкостей в изотермических и неизотермических условиях. Раскрыты механизмы потери устойчивости. Исследована реакция системы на синусоидальное возмущение и устойчивость к возникновению автоколебаний при различных величинах провисания струи. Неизотермические и упругие эффекты существенно повышают устойчивость течения. Показано. . что явление бифуркации не противоречит принципу единственности решения. На основании обнаруженного эффекта предложен новый способ непрерывного контроля продольной вязкости расплавов и растворов полимеров.

1.3. Получено решение проблемы неизотермического Формования профилированных волокон. Введено понятие регулярного режима капиллярного формоизменения. Проанализировано влияние различных

технологических параметров (сечения фмльеры. скорости отбора, числа лучиков в сечении, расхода полимера, услов я охлаждения) на кинетику капиллярной эволшии профиля волокна. Снижении капиллярной эволюции способствует уменьшение числа лучиков в сечении, увеличение площади отверстия фильеры и увеличение скорости отбора. На основании теории капиллярной эволюции разработан и внедрен новый способ получения поликапроамидных гранул.

2. Построено аналитическое решение задачи охлаждения полимерной пленки на валке с учетом его термической инерции (незаконченности охлаждения поверхности валка в Фазе холостого пробега), которая может существенно снижать интенсивность охлаждения. Наиболее вероятно проявление термической инерции при Формовании толстых полимерных заготовок в условиях низкой интенсивности охлаждения внутренней поверхности валка. Дано аналитическое решение задачи охлаждения мононити на валке, получаемой по методу ориен-тационной кристаллизации. Построены номограммы для расчета средней по сечению температуры и температуры в центре.

3. Дана гидродинамическая теория роторного гранулирования ненысггоновских жидкостей. Определены условия оптимальной работы грануляторов. При прочих равных условиях гранулятор со свободно вращашимся валком потребляет минимальную энергию. Введено понятие предельной загрузки, которое значительно упрощает методику. расчета интегральных параметров грануляторов (потребляемой мощное-™. производительности, распорного усилия). Проанализировано гидродинамическое влияние боковых стенок на трехмерное течение в рабочем зазоре. Трение перерабатываемой среды о- боковые стенки усиливает напорный эФ4ект, повышает давление Формования и производительность. На основании решения задачи редукции к идеальному датчику разработана методика повышения точности измерения давления в рабочем зазоре валковых машин посредством сканирующих датчиков.

4. Выполнен гидродинамический анализ Фрикционных насосов с учетом утечек и потерь энергии в уплотнениях для конечной величины зазора между гребнями ротора и корпусом. Получено аналитическое решение задачи о поле скоростей в канале насоса (с учетом зазора между гребнями ротора и корпусом) и трехмерного течения аномальной жидкости в торцевых уплотнениях.

5. Практическое применение выполненных исследований позволяет дать ряд конструктореко-технологических рекомендаций по совершенствованию процессов переработки полимеров.

5.1. Разработана инженерная методика расчета тепловых режимов при получении пленочной нити по методу ориентационной кристаллизации. Для ряда наиболее распространенных термопластов СПЭНД. ГВВД, ПЛ. ПКА) предложена методика расчета охлаждения на валке с использованием эффективного коэффициента температуропроводности. Выполнен расчет агрегата для Формования ПВХ пленки.

5.2. Разработана методика прогнозирования профиля поперечного сечения профилированного волокна, исходя из профиля фильеры и условий Формования. Дана конструкция и методика расчета размеров Фильеры для Формования поликалроамидной жилки при технологической реализации нового способа получения поликалроамидной крошки.

5.3. Разработана инженерная методика расчета производительности. распорного усилия и потребляемой мощности роторных грануляторов при переработке неныотоновских сред. Предложено для повышения давления Ф01 мования исполыг ^ать боковые стенки в зоне гидродинамического контакта. Показана энергетическая выгодность грануляторов со свободным валком. Найдена координата приложения эквивалентной распорной нагрузки к кривошипу гранулятора с окружным движением валка по неподвижной матрице, что позволяет выполнять прочностные расчеты элементов конструкции машины.

5.4. Разработана инженерная методика расчета напорной характеристики и потребляемой мощности Фрикционного С кругового) насоса. Найдена результирующая сила, обусловленная действием давления на поверхность ротора, что позволяет расчитать опорные подшипники. Показана допустимость принятия сравнительно большого зазора между гребнями ротора и стенкой, что снижает требования к точности изготовления ротора. Определен поток байпасного перетекания транспортируемой жидкости в торцевых уплотнениях. Найдена температурное поле полимера в торцевом зазоре насоса, обусловленное диссипативным саморазогревом.

6. Разработаны новые экспериментальные методики: -непрерывного контроля продольной вязкости расплавов и растворов полимеров по величине гравитационного провисания струи;

-повышения точности измерения давления в рабочем зазоре вал-

ковых машин посредством сканирующих датчиков.

7. В результате сравнения теоретических рас' зтов с экспериментальными данными установлена адекватность разработанных а диссертации моделей реальным процессам переработки полимеров.

Обозначения

6 и й - тензоры напряжений и скоростей деформаций. 5 - метрический тензор, р - давление, пи?- постоянные, V - коэффициент, зависящий от размеров зоны течения, С. О - теплоемкость, объемный расход жидкости: Т.То.Тс - текущая, начальная температуры и температура среды: х - продольная координата: Ь, Ь, у - текущие ширина. толщина и скорость: оСс- средний коэффициент теплоотдачи: 6 - степень черноты: Е - энергия активации: й - универсальная газо- . вая постоянная: 12 - второй инвариант тензора скоростей деформации: VI - скорость отбора: тянущее усилие, 1 - время. - угол между касательной к траектории струи и горизонталью, р -плотность жидкости, у - скорость, *Ро - начальный угол. - общая длина невозмущенной струи, Уо - начальная скорость, э-продольная координата, отсчитываемая вдоль оси невозмущенной струи: Г-пло-щадь сечения струи (сечение струи - круг радиуса а): у-скорость в направлении э: Н-горизонтальная составляющая натяжения: бц-рас-тягивашее напряжение: ао-начальный радиус струи; й-ускорение свободного падения: Е»-постоянная СтеФана-Больимана:7о-вязкость . при температуре То: ¿"-коэффициент теплоотдачи, зависящий от числа Рейнольдса (№1=0.325Яе°.3): К=У1/Уо-кратность, бо-коэффициент поверхностного натяжения, 5л=(й',"-К-)/( Ко^-йо-) -безразмерная высота лучика: Р-=Р№0): ^И^о): Ро+=К"ЧТ=0): йо-=Р!-(Т=0): 3"ху-касательное напряжение, ух. Уу-компоненты скорости, V. Ц-ско-рость перфорированной поверхности и окружная скорость валка. Ь( х)-высота зазора между валком и матрицей, х, у, г-координаты, Кп-коэффициент проницаемости матрицы.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. А. С. 821546, СССР. МКИ [0105/22. Способ получения извитых нитей из многослойной пленки/Тябин Н. В., Ремнев В. П., Голованчиков А. Б., УютоваЭ.И.. Шаповалов В. М. С СССР).- N2534536/2-12: Заявлено 17.10.77: Опубл. 25.04.81, Бюл. N14.

2. Тябин Н. В.. Голованчиков А. Б.. Ремнев В. П.. Шаповалов В. М.

Определение извитости бикомпонентных полимерных нитей//Механика полимеров.-1977.- N3.- С. 559-560.

3. Горелик В. М.. Тябин Н. В., Шаповалов В. М. Реодинамическая теория подшипников скольжения, работающих на масле с высокомолекулярными добавками//Механика полимеров.- 1978.-N1.-С, 157-160.

4. Тябин Н. В.. Ремнев В. Í1.. Шаповалов В. М.. Дахин 0. X.. Голован-чиков А. Б. Неизотермическое растяжение тонких полимерных пленок//Исследования по теории упругости и вязкоупругости конструкций и материалов: Сб. ст. -Свердловск. 1979,- С. 113-1 j.

5. Тябин Н. В., Ремнев В. П.. Шаповалов В. М., Дахин 0. X.. Голован-чиков А.Б. Теплообмен при растяжении полимерных материалов//Рео-логические свойства полимерных систем: Сб. ст. -Свердловск. 1979. -С. 62-65.

6. Тябин Н. В.. Шаповалов В. М., Ремнев В. П. Теплообмен при вытяжке бикомпонентной пленки//Инженерно-Физический журнал. -1979. -N1.-T. 36. ^С. 128-132.

7. Шаповалов В. Н., Тябин Н. В.. Иваненко С. К. Исследование теплообмена при Формовании плоской пленки//Инженерно-Физический журнал.-1979.- N5.-Т. 37.-С. 854-857.

8. Шаповалов В.М.. Тябин Н. В.. Бедер Л.М. Охлаждение полимерно! пленки на барабане с учетом зависимости коэффициента теплопроводности от температуры//Инженер(ю-Физический журнал. -1980. -N1. -Т. 38. -С. 129-133.

9. Шаповалов В.М.. Тябин Н. В. Реодинамика элонгационного течения плоской полимерной струи при вытяжке пленки//Инженерно-Физичес-кий журнал,- 1981.-N6. -Т.41.-С. 1027-1031.

10. Шаповалов В. М.. Тябин Н. В. Вытяжка плоской аномально-вязкой пленки в неизотермических условиях//Инженерно-Физический журнал.-1982.-N1.-T. 48. - С. 62-70.

11. Шаповалов В. М.. Тябин Н. В. Формоизменение профилированного волокна при Формовании//В сб. 13 Всесоюзн. симпоз. по реологии. Волгоград. 1984. -С. 73-74.

12. Шаповалов В.М. Течение и теплообмен при Формовании профилированных волокон//Инженерно-Физический журнал.-1984.- N2.- Т. 47. -С. 272-279.

13. Шаповалов В.М.. Тябин Н.В. Реодинамика формования плоской полимерной пленки/Черкассы. 1984.-14с.-Деп. в НИИТЭХУМ 25.10.84.

Ы1040хп-84Деп.

14. А.С. 1193526 СССР. МКИ (ЮШИ/Ов. Способ, измерения вязкости высоковязких жидкостей/Шаповалов В. М., Тябин Н. В. С СССР). -N3742061/24-25: Заявлено 22.05.84: Опубликовано 23.11.85, Бад. N43.

15. Бедер Л. М.. Рейн Д. М., Шаповалов В.М.. Ро Е.А. Расчет температуры полимерной пленки, охлаждаемой при формовании//Химические волокна.-1985,- N4.- С. 23-24.

16. Шаповалов В. М.. Тябин Н. В., Бедер Л. М. Течение и теплообмен аномально вязкой жидкости в зазоре между врацалцимся и неподвижным дисками при неоднородном давлении по периметру//Инженерно-Фм-зический журнал.-1985. - N5.-Т. 49.-С. 745-751.

17. Шаповалов В.М. Исследование капиллярных эффектов при Формовании профилированных волокон/Черкассы, 1985.-44 е.- Деп.в НИИТЭХЖ 19.02.85, №225хп.-85Деп.

18. Шаповалов В.М. Температурное поле при растяжении аномально-вязкого цилиндра в теплопроводной среде// Повышение эффективности тепло-массообменных и гидродинамических процессов в текстильной промышленности и производстве химических волокон:Меж-вуз. сб. научн. тр/МТИ. -М., 1985. - С. 54-56.

19. Шаповалов В. М.. Тябин Н. В. Самораэогрев при растяжении высоковязкого цилиндра в теплопроводной среде //Инженерно-физический журнал.-1987.- N1.- Т. 52.-С. 160.

20. Вехтер Б. Д., Шаповалов В.М., Тябин Н. В. Течение вязкой жидкости в грануляторах ротороного типа//Химия и химическая технология. Изв.вузов.- 1987.- Вып.9.-Т.30.- а 111-115.

21. Шаповалов В.М., Тябин Н. В. О Форме свободной струи при горизонтальном вытягивании ненысггоновской жидкости //Инженерно-физический журнал.-1988. - N2. -Т. 54. -С. 235-241.

22. Шаповалов В. М., Вехтер Б. Д., Тябин Н. В. Течение. неньюгонов-ской жидкости в зазоре между вращающимся цилиндром и проницаемой поверхностью при роторном гранулировании //Инженерно-физический журнал.-1988.- N3.-Т. 54.-С. 415-422.

23. Шаповалов В.М. Теплопроводность неограниченного цилиндра при смешанных граничных условиях охлаждения//Черкассы. 1989.- 14 с. -Деп. в НИИТЭХШ 7.07.89, И685хп-89Деп.

24. Шаповалов В.М. Исследование термического взаимодействия в

системе охлаждаший валок - плоская полимерная заготовках/Черкассы, 1990,- 25 с. -Дап. в НШТЗХЖ 20.04.90. №347хп-90Деп.

25. Шаповалов В. М. Бифуркация течения свободной струи вязкоупру-гой жидкости//Черкассы. 1990.- 29 с. -Деп. в НИИТЗХИМ 20.06.90. №03хп-90. Деп.

26. Sapovalov V.M. Erhöhung der Genauigkeit von Druckmessungen In. Walzenspalt bei Anwendung von Integrierenden HeKuhlem//Plaste und Kautschuk.- 1990,- N5:- S. 169-170.

27. Шаповалов В. M. Контактное охлаждение полимерной пленки с учетом тепловой инерции валка//Инженерно-фмзический журнал.- 1990.-N6.- Т. 59.- 0.1029-1030.

28. A.C. 1813651 СССР. МКИ D01f?/06. Способ получения поликап-роамидного гранулята/ЭДаповалов B.R.Стрельченко С.А.. Федюнин V). В. С СССР).-. N423759: Заявлено 7.05.90: Опубликовано 29.07.93. Бюл. N17.

29. Шаповалов В.М. Бифуркация напряжений при злонгашонном течении свободной струи упруговязкой жидкоста//И1иенерно-Физический журнал.- 1991.- N2,- Т.60,- С.341-34".

30. Вехтер Б. Д., Шаповалов В. М. Переработка неныотоновских «ид-костей в грануляторах роторного типа// Пластмассы.- 1991. - Ш. -С. 32-33.

31. Вехтер Б. Д.. Шаповалов В.М., Тябин Н.В. Определение энергетических параметров при роторном гранулировании высоконаполнен-ных гетерогенных систем//Пластмассы.-1991.-N9.-С. 39-40.

32. Шаповалов В.М. Методика исследования параметров течения ненькггоновских жидкостей в межвалковом зазоре с помощью. плунжерного сканирующего датчика давления/ЛТластмассы. -1991. -N9. -С. 44-45.

33. Шаповалов В.М. Термические эффекты при реологических исследованиях полимеров в условиях продольного течения/ЛТластмассы. -1991,- N9. - С. 44-45.

34. Sapovalov V.M. Berechnung von Rotorgranulatoren.//Plaste und Kautschuk.- 1992.-N4.- S. 133-135.

35. Sapovalov V.M. Berechnung Integraler Kennwerte einer Splndelpurape//Plaste und Kautschuk. -1992. -N5. - S. 165-169.

36. Шаповалов В. M., Вехтер Б. Д. Расчет интегральных параметров роторных гт>ануляторов//Химическое и нефтяное машиностроение. -1992.- N4.-С. 19.

37. Шаповалов В.М. Влияние различных Факторов на элогационное течение свободной струи//Москва. 1994.-16 С.-Деп.в ВИНИТИ 13.04.94. N885-В94.

38-49. В межвузовском сб. "Реология, процессы и аппараты хим. технологии". Волгоград, опубликовано 12 статей с 1978 по 1993 гг. 50. Шаповалов В.М. способ получения поликалсоамидного гранулята// Информационный листок. Серия Р. 59.35.31. 1ЖП1 Волгоград. N182-94.-ЗС.

52. Шаповалов В.М. Первичный преобразователь вязкости жидкости// Информационный листок. Серия Р. 59.35.31. ЦНТИ. Волгограл. N288-94.-ЗС.

53. Шаповалов В.М. Нестационарные режимы течения непрямолинейной натянутой струи полимера//известия АН СССР, механика жидкости и газа.-1995.- N3.-0.47-54.

54. Шаповалов В.М. Гидродинамический контакт врашашегося валка и полупроницаемого лотка //инженерно-Физический журнал.- 1995.-

N4,- Т. 68.- С. 612-616.

55. Шаповалов В.М. Отбор свободной струи вращашимся вал-ком//Инженерно-Физичесг.ий журнал. -1995.- да.-Т. 68.-С. 954-959.

56. Шаповалов В.М. Элонгационное течение гравитационно изогнутой струи вязкоупругой жидкости//Прикладная механика и техническая Физика.- 1996,- N3 -С.58-66.