5. Giới thiệu chung về đề tài thiết kế
2.3 Bài toán cân bằng dòng chảy
Yêu cầu quan trọng đối với đầu tạo hình là trên bất kì mặt cắt ngang đã cho dòng vật liệu phải dịch chuyển với tốc độ không đổi, và các vị trí thay đổi không được phép đột ngột, bởi vì tại các vị trí này dòng chảy có thể bị ngừng trệ và sự phân hủy chất dẻo có thể xảy ra.
Nói cách khác, nhiệm vụ của người thiết kế là phải cân bằng dòng chảy qua đầu đùn, để khi ở trong đầu tạo hình và ra khỏi đầu tạo hình vận tốc của dòng nóng chảy là đồng đều.
POLYFLOW đánh giá được chỉ số cân bằng dòng chảy này.
Qua nhiều lần thử với mô hình khác nhau chọn lấy một mô hình có sự cân bằng dòng chảy tốt nhất.
Ta xây dựng mô hình đầu đùn với hai phần: một phần có mặt cắt ngang không đổi (hình dạng mặt cắt được xác định bởi bài toán đùn ngược) và một phần là làm nhiệm vụ tạo ra profile vận tốc không đổi khi tới phần có mặt cắt ngang không đổi (phần chuyển tiếp). Lần lượt thử với các mô hình khác nhau, chọn ra mô hình cân bằng nhất nhờ vào kĩ thuật cân bằng đầu đùn có trong POLYFLOW.
2.3.1 Thiết lập bài toán
Xây dựng đầu vào của phần chuyển tiếp với nguyên tắc, mở rộng vùng có vận tốc nhỏ (điểm B – hình 5), thu hẹp vùng có vận tốc nhỏ (điểm A – hình 5). Sau nhiều lần thử với các mô hình thử, thiết kế đầu vào của phần chuyển tiếp như hình 6.
Mô hình bài toán được thiết lập từ hai phần mặt cắt đã thu được ở trên( một mặt cắt của miệng đầu đùn thu được từ bài toán ngược và một mặt cắt đầu vào của phần cân bằng dòng chảy) và chiều dài được chọn theo kinh nghiệm để tính toán.
Sau đó mô hình cũng được chia lưới và đưa vào giải trong polyflow. Các điều kiện biên được thể hiện như trên hình 9.
2.3.2 Kết quả mô phỏng bằng POLYFLOW
Một đầu đùn cân bằng là một thách thức chính đối với người thiết kế đầu đùn. Để trợ giúp giải quyết thách thức này.Trong bài toán mô phỏng này, chúng ta sẽ sử dụng định lượng cân bằng đầu đùn. Tính toán của cân bằng đầu đùn dựa trên cơ sở là độ lệch của vận tốc pháp tuyến với mối quan hệ với vận tốc trung bình dọc theo đầu ra của chất lỏng nóng chảy:
V, Q, S và n lần lượt là vận tốc, lưu lượng dòng chảy ở tập biên, diện tích của tập biên đó và pháp tuyến ngoài dọc tập biên.
Một đầu đùn cân bằng hoàn hảo có vận tốc đều ở đầu ra và giá trị của cân bằng đầu đùn bằng 0. Giá trị này không tuyệt đối, nghĩa là nó là giá trị so sánh giữa các mô hình đầu đùn khác nhau để xác định đầu đùn cân bằng tốt nhất.
Hình 2.12. POLYFLOW tính toán giá trị cân bằng dòng chảy
Phân bố vận tốc tại các mặt cắt: .
Bài 2.13. Độ lớn vận tốc tại các mặt cắt
Profile vận tốc được phân bố như hình trên, thang đo vận tốc từ 0 đến 3.793.101 m/s. Như trên hình ta thấy mô hình đầu đùn chưa thực sự cân bằng, vận tốc vẫn còn lớn ở
phần góc chứ U, điều này có thể dẫn tới sự biến dạng của sàn phẩm khi đi ra khỏi đầu đùn.
2.3.3 Sử dụng kết quả
Sau khi tối ưu hóa trong phần mềm, ta xác định được mô hình có chỉ số cân bằng khuôn hợp lí nhất. Nếu đầu đùn chưa cân bằng có thể thay đổi mô hình của hình học đầu đùn.
Để cân bằng đầu đùn phần mềm đã thực hiện những phần sau:
Thay đổi hình dạng đầu vào của phần chuyển tiếp: mở rộng vùng có vận tốc nhỏ, thu hẹp vùng có vận tốc lớn. Độ lớn vận tốc được lấy ra từ kết quả mô phỏng .
Thay đổi chiều dài của phần chuyển tiếp: chiều dài quá ngắn thì các vùng ứ đọng vật liệu xuất hiện, chiều dài quá dài hiệu quả của phần chuyển tiếp thấp. Thay đổi chiều dài của phần hằng số: chiều dài phần hằng số quá dài thì tác
dụng làm giảm biến dạng “méo mó” của phần chuyển tiếp sẽ bị giảm, bởi vì dòng chảy có đủ thời gian để sắp xếp lại.
Sử dụng mô hình này cho bài toán xuôi.