초록 ▼

압출공정의 과학적 설계를 위하여 전달현상을 해석하는 유한요소 해석법을 개발하였다. 한편, 압출 성형가공에 있어서 압출기내의 채류시간(RTD) 및 혼합거동은 압출기의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 이러한 RTD 및 혼합거동을 정량적으로 측정하기 위한 한 방법이 Pinto와 Tadmor 등에 의해 제안되었는데 이들은 스크루의 Flight의 영향을 무시한 2차원적인 유동을 기준으로 정의되었다. 따라서 3차원적 순환유동을 고려할 수 없었다. 특히 이들이 제안한 가중평균 변형율은 유체의 유동 방향에 따른 누적되는 영향을 고려할 수

압출공정의 과학적 설계를 위하여 전달현상을 해석하는 유한요소 해석법을 개발하였다. 한편, 압출 성형가공에 있어서 압출기내의 채류시간(RTD) 및 혼합거동은 압출기의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 이러한 RTD 및 혼합거동을 정량적으로 측정하기 위한 한 방법이 Pinto와 Tadmor 등에 의해 제안되었는데 이들은 스크루의 Flight의 영향을 무시한 2차원적인 유동을 기준으로 정의되었다. 따라서 3차원적 순환유동을 고려할 수 없었다. 특히 이들이 제안한 가중평균 변형율은 유체의 유동 방향에 따른 누적되는 영향을 고려할 수 없었기때문에 demixing현상을 설명할 수 없었다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 3차원적인 유동을 고려한 체류시간 및 변형특성에 대한 정의를 새로이 제안하였다. 스크루 압출기에서의 3차원 속도 분포는 유한요소법에 의해 구하였고 4차 Runge Kutta Method를 이용하여 유동로을 따라 흐르는 유체입자의 궤적을 구하였다. 이러한 유체입자의 궤적에 관한 정보로부터 RTD 및 혼합거동을 새로운 방법에 의해 계산하였다. 유체입자의 유동에 의한 변형은 Deformation Gradient Tensor와 Green Deformation Tensor에 의해 일반적으로 정의될 수 있는 데 이들로부터 혼합거동의 정량적 특성값을 구하였다. 이렇게 정의된 혼합특성값은 유동로를 따라 흐르면서 유체 변형량이 증가하거나 감소하는 현상을 모두 고려한 값이 된다.

Abstract ▼

In this project, a finite element analysis program has been developed to analyze the transport phenomena for a science-based design of extrusion processes. In screw extrusion processes, residence time distribution (RTD) in an extruder and mixing behavior are important factors to determine the perfo

In this project, a finite element analysis program has been developed to analyze the transport phenomena for a science-based design of extrusion processes. In screw extrusion processes, residence time distribution (RTD) in an extruder and mixing behavior are important factors to determine the performance of the extruder. Pinto and Tadmor proposed a method to characterize RTD and strain measure based on two dimensional velocity approximation neglecting three dimensional criculatory flow due to screw flight effect. and thus failing in explaining the demixing phenomena. In the present project, a new approach was developed to propose new definitions of RTD and deformation characteristics to overcome the troubles in Pinto and Tadmor's approach. Three dimensional velocity field was obtained via a finite element analysis and particle trajectories were determined by means of fouth order Runge-Kutta method. During the particle tracking, RTD and deformaiton characteristics were calculated. The deformation characteristics defined in the present study is based on Green Deformation Tensor and thus can successfully incorporate the demixing phenomena. Also proposed is a single value to characterize the mixing behavior, i.e. weighted average deformation characteristics (WADC). Moreover, the present method is capable of taking into account the three dimensional circulatory flow due to the flight effect.

목차 Contents

• 1. 서론...12
• 2. 단축 스크루 압출기의 물적 모델 및 지배 방정식...16
• 2.1. 스크루의 구조 설명...16
• 2.2. 수학 및 기하학적 모델...17
• 3. FEM Formulation 및 해석 방법...22
• 3.1. FEM Formulation...22
• 3.2 해석 방법...26
• 4. 체류 시간 및 혼합 특성...30
• 4.1. 기존의 2차원적 방식...30
• 4.2. 새로운 3차원적 방식...31
• 5. 혼합 특성...39
• 5.1. 기존의 접근방법...40
• 5.2. 새로운 접근방법...43
• 6. 결과 및 고찰...51
• 6.1. FEM 시뮬레이션...51
• 6.2. 입자의 궤적 추적...51
• 6.3. 체류시간 및 체류시간 분포함수...52
• 6.4. 혼합특성...54
• 7. 결론...57
• 인용문헌...60
• 논문발표실적...89