روش‌های جدید خنک‌کاری اکستروژن بهره‌وری تولید را افزایش می‌دهد

در تولید اکستروژن پلاستیک، بهره وری خنک کننده به طور مستقیم بر سرعت تولید و کیفیت محصول تأثیر می گذارد. روش های خنک کننده مختلفی برای محصولات اکستروژن شده وجود دارد، از جمله خنک سازی گاز،خنک کننده مایعدر حالی که لوله ها، پروفایل ها، و جاکت های کابل معمولاً از خنک سازی آب استفاده می کنند،فیلم های منفجر شده اغلب از خنک سازی هوایی جزئی یا کامل استفاده می کنند.دروس از قالب گیری تزریقی و سایر فرآیندهای می تواند به طور قابل توجهی افزایش اثربخشی خنک کننده اکستروژن، با تولید جریان آشفته در سطح محصول به ویژه حیاتی است.

هنگامی که رسانه های خنک کننده (آب یا گاز) با سرعت پایین جریان دارند، جریان لامینری ایجاد می شود.نرخ انتقال گرما به طور مستقیم با سطح و تفاوت درجه حرارت ارتباط دارد در حالی که برعکس با فاصله از سطح ارتباط دارد.این یک گرادیان درجه حرارت ایجاد می کند که در آن دمای محیط خنک کننده به تدریج از سطح محصول اکستروید کاهش می یابد.

لایه مرزی - محیط خنک کننده که بلافاصله در کنار اکسترود قرار دارد - به دلیل اصطکاک سطح سرعت جریان را کاهش می دهد و دمای آن افزایش می یابد.این پدیده تفاوت دمای بین محصول و مایع خنک کننده را کاهش می دهد.در مقابل، افزایش سرعت مایع خنک کننده آشفتگی ایجاد می کند که:

• کاملا لایه مرزی را با مایع خنک کننده عمده مخلوط می کند
• درجه حرارت لایه مرزی را کاهش می دهد
• مقاومت سطحی را کاهش می دهد
• به سرعت مایع خنک کننده گرم را از سطح محصول خارج می کند

بنابراین، سرعت مایع خنک کننده در سطح اکستروژن اغلب برای بهره وری انتقال گرما از دمای مطلق مایع خنک کننده مهم تر است. آشفتگی ضریب انتقال گرما را افزایش می دهد،انتقال توده و مخلوط کردن را بهبود می بخشد، و باعث کاهش کشش تمام عواملی می شود که به طور جمعی عملکرد خنک کننده را افزایش می دهند.

عدد رینولدز (Re) به عنوان پارامتر قطعی برای تعیین حالت جریان مایع عمل می کند:

رژيم هاي جريان را به عنوان:

• Re < 1000: جریان لامینری
• 1000 < Re < 10000: جریان انتقالی
• Re > 10000: جریان آشفته

The relationship between Reynolds number and Nusselt number (a dimensionless parameter comparing convective to conductive heat transfer) demonstrates that increasing Re from 1000 to 3000 can more than double convective heat transfer coefficientsدستیابی به انتقال گرما معادل از طریق کاهش درجه حرارت به تنهایی نیاز به کاهش درجه حرارت خنک کننده غیر عملی دارد.

تولید موثر آشفتگی نیاز به رویکردهای سفارشی بر اساس فرآیندهای مخصوص اکستروژن دارد.با هدف جهانی به حداکثر رساندن انتقال گرما از طریق جریان آشفته در سطوح مبادله گرماکاربردهای رایج عبارتند از:

• خنک کننده رول سرد:کانال های مارپیچی در داخل رول ها باعث آشفتگی در تولید ورق و فیلم ریخته می شوند
• خنک کننده قالب:جریان آب آشفته از طریق کانال های قالب باعث افزایش کارایی خنک کننده می شود
• کالیبراسیون پروفایل:آشفتگی باعث خنک شدن سریع و ثبات ابعاد می شود

برای خنک سازی قالب، محاسبات شماره رینولدز اندازه گیری کانال و مشخصات سرعت جریان را برای اطمینان از توربولانس هدایت می کند. در مخازن بزرگ خنک کننده که توربولانس کامل غیر عملی است،ژنراتورهای توربولانس محلی مانند جت، حباب ها و یا بافل ها می توانند لایه های مرزی را در مناطق بحرانی مختل کنند.

حتی با دمای کم مایع خنک کننده، لایه مرزی نامرئی و گرادیانت حرارتی آن که محصولات اکستروژ شده را احاطه می کند می تواند انتقال گرما را محدود کند.بهینه سازی شرایط لایه مرزی از طریق افزایش سرعت جریان یا اختلال مکانیکی (از طریق جت یا حباب) به طور قابل توجهی نرخ خنک کننده را بهبود می بخشد، در نتیجه افزایش بهره وری تولید و کیفیت محصول.

طراحی سیستم خنک کننده موثر نیاز به بررسی دقیق عوامل متعدد دارد:

• آب:رایج ترین انتخاب با بهره وری بالا و هزینه کم، در دسترس در سیستم های حلقه باز یا بسته
• هوا:مناسب برای کاربردهایی که نیاز به خنک سازی متوسط دارند یا جایی که آب غیر عملی است
• رسانه های تخصصی:محلول های روغن یا گلیکول برای نیازهای دمایی منحصر به فرد

• کانال های اندازه گیری برای تعادل سرعت جریان و کاهش فشار
• شکل ها (گرد، مستطیل) را بر اساس محدودیت های تولید و عملکرد هیدرودینامیکی انتخاب کنید
• ترتیب کانال ها به طور یکنواخت برای خنک سازی مداوم در هندسه های پیچیده

• تنظیم دقیق دما از طریق جریان خنک کننده و تنظیم دما
• مدیریت سرعت جریان برای بهینه سازی سرعت خنک کننده و یکسانی
• نظارت بر فشار برای اطمینان از ایمنی و ثبات سیستم

• تمیز کردن منظم سیستم برای حذف مقیاس و آلاینده ها
• بازرسی های دوره ای اجزا برای جلوگیری از خرابی
• تعویض برنامه ریزی شده مایع خنک کننده برای حفظ عملکرد

تکنولوژی های نوظهور در حال تغییر قابلیت های خنک کننده اکستروژن هستند:

• سیستم های خنک کننده هوشمند:سیستم های خود تنظیم شده با سنسور که به طور پویا با شرایط تولید سازگار می شوند
• مواد خنک کننده پیشرفته:نانو مایعات و مواد تغییر فاز ارائه خواص حرارتی برتر
• مبادلات گرما با کارایی بالا:طرح های نسل بعدی که انتقال حرارتی را به حداکثر می رساند
• تکنولوژی های شبیه سازی:مدل سازی محاسباتی برای طراحی بهینه سیستم

در حالی که تکنولوژی اکستروزن همچنان در حال تکامل است، نوآوری سیستم خنک کننده همچنان برای دستیابی به سرعت تولید بالاتر، کیفیت محصول بهبود یافته،و بهره وری انرژی بیشتر در عملیات تولید.