Чисельне моделювання процесу перемішування полімернї композиції в каналі статичного змішувача (укр.)

Автор(и)

  • Володимир Іванович Сівецький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0001-8402-0874
  • Олексій Тарасович Мальчевський Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0009-0009-3479-0251

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2025.348807

Ключові слова:

екструзія, перемішування, статичний змішувач, полімерна композиція, моделювання

Анотація

Наведено 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°).

Біографії авторів

Володимир Іванович Сівецький, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, професор кафедри хімічного, полімерного і силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Олексій Тарасович Мальчевський, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Аспірант кафедри хімічного, полімерного і силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Посилання

Static mixing device : pat. US4538920A USA / G. E. Drake; заявл. 03.03.1983; опубл. 03.09.1985. URL: https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/023873166/publication/US4538920A?q=US4538920A

ZHU Xin, L Wangyang, WANG Gangqiang. Numerical simulation of mixing performance of dispersed phase in a static mixer[J]. Advanced Textile Technology, 2023, 31(2): 63-. URL: http://journal.zjtextile.com.cn/EN/abstract/abstract1321.shtml

Paul, E. L., Atiemo-Obeng, V. A., & Kresta, S. M. (Eds.). (2004). Handbook of Industrial Mixing: Science and Practice. Wiley-Interscience. URL: https://www.stxip.org/books/9.pdf

Кушнір М.С., Сокольський О.Л., Борщик С.О., Соловей О.В. Порівняльне дослідження рівнянь стану для поліетилену марки 20806-010 // Збірник доповідей науково-практичної конференції студентів, аспірантів та науковців. К.: Січкар, 2011. – С. 94 – 96. URL: https://cpsm.kpi.ua/Doc/Konf_2011.pdf

Ouda M, Al-Ketan O, Sreedhar N, Hasan Ali MI, Abu Al-Rub RK, Hong S, Arafat HA, Novel static mixers based on triply periodic minimal surface (TPMS) architectures, Journal of Environmental Chemical Engineering (2020), DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104289

Дослідження процесу змішування модельних неньютонівських рідин / О. С. Сахаров, В. І. Сівецький, О. Л. Сокольський, Н. М. Нікітенко, М. С. Кушнір, А. А. Лизогубенко // Машинобудування. – 2013. - №59. – С. 142-146. URL: https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/e0194d27-f512-4d1e-bc48-e955b4d7a257/content

Chhabra, R. P., & Richardson, J. F. (2008). Non-Newtonian Flow and Applied Rheology. Butterworth-Heinemann.URL:https://fenix.isa.ulisboa.pt/downloadFile/563022967881571/Non-Newtonian%20flow%2 0and%20applied%20rheology%20(%20PDFDrive%20).pdf

Villermaux, J. (1996). Mixing in the Process Industries. CRC Press. URL: https://ftp.idu.ac.id/wp-content/uploads/ebook/ip/BUKU%20INDUSTRIAL%20ENGINEERING/Process%20Engineering%20and%20Industrial%20Management%20(z-lib.org).pdf

ANSYS FLUENT 12.0 : Theory Guide. Canonsburg : ANSYS, Inc., – 2009. – 816 с. URL: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/main_pre.htm

Мікульонок І. О. Обладнання і процеси переробки термопластичних матеріалів з використанням вторинної сировини: монографія. – Київ : ІВЦ ,,Видавництво «Політехніка»”, 2009. – 265 с. URL: https://cpsm.kpi.ua/Doc/Mono_MIO-2009.pdf

Han E.H. Meijer, Mrityunjay K. Singh, Patrick D. Anderson, On the performance of static mixers: A quantitative comparison. Materials Technology, Eindhoven University of Technology, P.O. Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlands. DOI: https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2011.12.004

M. Sc. Thesis, Water and Environmental Engineering, Department of Civil and Environmental Engineering, Khalifa University of Science and Technology, United Arab Emirates, July 2019. URL: https://khazna.ku.ac.ae/ws/portalfiles/portal/16940104/20241.pdf

S. Bettermann, F. Kandelhard, H.U. Moritz, W. Pauer, Digital and lean development method for 3D-printed reactors based on CAD modeling and CFD simulation, Institute for Technical and Macromolecular Chemistry, University of Hamburg, Bundesstraße 45, Hamburg, 20146, Germany, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2019.09.024

Chang Dae Han, Young Woo Kim, Department of Chemical Engineering, Polytechnic Institute of New York, Brooklyn, New York 11201, and S. J. Chen, Kenics Corporation, Danvers, Massachusetts 01923, The effect of mixing on the modes of dispersion and rheological properties of two-phase polymer blends in extrusion, October 1975. DOI: https://doi.org/10.1002/app.1975.070191019

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-12-29

Як цитувати

Сівецький, В. І., & Мальчевський, О. Т. (2025). Чисельне моделювання процесу перемішування полімернї композиції в каналі статичного змішувача (укр.). Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження, (4), 9–22. https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2025.348807

Номер

№ 4 (2025)

Розділ

ХІМІЧНА ІНЖЕНЕРІЯ

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Володимир Іванович Сівецький, Олексій Тарасович Мальчевський

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).