플라스틱 압출 제조에서 냉각 효율은 생산 속도와 제품 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 압출 제품에는 가스 냉각, 액체 냉각, 칠 롤 또는 캘리브레이션 다이와 같은 열 흡수 표면과의 접촉 냉각을 포함한 다양한 냉각 방법이 있습니다. 파이프, 프로파일 및 케이블 재킷은 일반적으로 수냉을 사용하는 반면, 블로운 필름은 부분 또는 전체 공랭을 사용하는 경우가 많습니다. 사출 성형 및 기타 공정에서 얻은 교훈은 압출 냉각 효과를 크게 향상시킬 수 있으며, 특히 제품 표면에서의 난류 생성이 중요합니다.
냉각 매체(물 또는 가스)가 저속으로 흐르면 층류가 발생합니다. 이 상태에서 열 전달 속도는 표면적 및 온도 차이에 직접 비례하고 표면으로부터의 거리에 반비례합니다. 이는 냉각 매체 온도가 압출 제품 표면에서 멀어질수록 점진적으로 감소하는 온도 구배를 생성합니다.
압출물에 바로 인접한 냉각 매체인 경계층은 표면 마찰로 인해 유속이 감소하고 온도가 상승합니다. 이 현상은 제품과 냉각수 사이의 온도 차이를 감소시켜 전반적인 열 전달 효율을 낮춥니다. 반대로 냉각수 속도를 증가시키면 난류가 발생하여 다음과 같은 효과를 가져옵니다.
따라서 압출 표면에서의 냉각수 속도는 절대 냉각수 온도보다 열 전달 효율에 더 중요한 경우가 많습니다. 난류는 대류 열 전달 계수를 향상시키고, 질량 전달 및 혼합을 개선하며, 항력을 감소시켜 냉각 성능을 종합적으로 향상시킵니다.
레이놀즈 수(Re)는 유체 흐름 상태를 결정하는 결정적인 매개변수입니다.
흐름 영역은 다음과 같이 분류됩니다.
레이놀즈 수와 누셀 수(대류 열 전달과 전도 열 전달을 비교하는 무차원 매개변수) 간의 관계는 Re를 1000에서 3000으로 증가시키면 대류 열 전달 계수가 두 배 이상 증가할 수 있음을 보여줍니다. 온도 감소만으로 동등한 열 전달을 달성하려면 비현실적인 냉각수 온도 감소가 필요합니다.
효과적인 난류 생성은 특정 압출 공정에 기반한 맞춤형 접근 방식이 필요하며, 열 교환 표면에서의 난류를 통해 열 전달을 극대화하는 보편적인 목표를 가지고 있습니다. 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.
몰드 냉각의 경우, 레이놀즈 수 계산은 난류를 보장하기 위해 채널 크기 및 유속 사양을 안내합니다. 완전한 난류가 비현실적인 대형 냉각 탱크의 경우, 제트, 버블러 또는 배플과 같은 국부적인 난류 발생기는 중요한 영역에서 경계층을 방해할 수 있습니다.
벌크 냉각수 온도가 낮더라도, 압출 제품을 둘러싼 보이지 않는 경계층과 그 열 구배는 열 전달을 제한할 수 있습니다. 유속 증가 또는 기계적 교란(제트 또는 기포 사용)을 통한 경계층 조건 최적화는 냉각 속도를 크게 향상시켜 생산 효율성과 제품 품질을 모두 향상시킵니다.
효과적인 냉각 시스템 설계에는 여러 요소를 신중하게 고려해야 합니다.
신기술이 압출 냉각 기능을 변화시키고 있습니다.
압출 기술이 계속 발전함에 따라, 제조 운영 전반에 걸쳐 더 높은 생산 속도, 개선된 제품 품질 및 더 큰 에너지 효율성을 달성하기 위해 냉각 시스템 혁신이 계속해서 중요해지고 있습니다.
