Математическое моделирование процесса стратифицированного течения расплавов полимеров в осесимметричной постановке

Данная статья посвящена определению наиболее рациональной геометрии кабельной головки, позволяющей эффективно распределять потоки расплавов полимеров в каналах; оценке стабильности границ раздела потоков материалов с различными физико-реологическими свойствами для технологических диапазонов режимов переработки; расчету и построению полей скоростей, давлений, температур внутри каналов кабельной головки; экспериментальному определению зависимостей толщин накладываемых слоев изоляции и полупроводящих материалов от линейной скорости протяжки жилы и расходов для каждого канала. При моделировании процессов использовалась кабельная головка для совместного наложения трех слоев полимерного покрытия (слой полупроводящего экрана по жиле, изоляция, внешний полупроводящий экран), применяемая в производстве современных электрических кабелей среднего и высокого напряжения. Для анализа процессов тепломассопереноса в условиях стратифицированного течения в каналах кабельной головки реальные физические процессы были заменены математической моделью, представляющей собой систему нелинейных дифференциальных уравнений, отражающих основные законы сохранения. Система была дополнена граничными условиями и физико-реологическими свойствами перерабатываемых материалов. С целью упрощения модели предложен ряд допущений, позволивших, в частности, перейти к осесимметричной постановке задачи. Для решения сформулированной математической модели был применен численный метод, а именно метод конечных элементов, программно реализованный посредством комплекса Ansys. На основе полученных результатов была разработана более эффективная геометрия кабельной головки, устраняющая эффекты завихрения потоков полимера; получены распределения скоростей, давлений и температур в каналах кабельной головки; представлены возможные перегревы материала внутри каналов; оценено влияние некоторых технологических параметров процесса наложения многослойной полимерной изоляции на толщины изолирующих слоев.