Программный комплекс для выбора и исследования одношнековых экструдеров в многоассортиментных производствах полимерных материалов

1.6 Программное обеспечение для моделирования и исследования одношнековых экструдеров

NEXTRUCAD

NEXTRUCAD является программным комплексом для моделирования зон

транспортировки, плавления и дозирования. Позволяет определять распределения температуры и давления расплава вдоль оси шнека, потребляемую мощность, крутящий момент и среднее время пребывания материала в экструдере.

NEXTRUCAD имеет простой, интуитивно понятный интерфейс с вводом и отображением параметров в системе СИ. Также предусмотрена гибкая система настроек, позволяющая учитывать экспериментальные данные. Контекстная справка доступна непосредственно в программе.

NEXTRUCAD может быть использован для анализа конструкции шнеков экструдеров и для изучения влияния скорости вращения, температуры цилиндра свойств материалов на производительность экструдера в установившемся режиме. Программа также может найти применение в качестве учебного инструмента для будущих специалистов, позволяя ознакомиться с характеристиками процессов, происходящих внутри экструдера [8].

FLATCAD

FLATCAD представляет собой пакет программного обеспечения, используемый для моделирования формующих головок при производстве плоских пленок и листов. Позволяет исследовать течение расплава от загрузочной трубы головки до выхода из нее через зазоры в ограничителях, прогнозировать объемный расхода, давление, температуру, степень смешения, время пребывания материала. Также возможно определение разнотолщинности в конечном продукте. При разработке пакета использовались особенности конструкции плоскощелевой головки, позволяющие заменять движение расплава в трехмерном пространстве эквивалентной сетью двумерных течений, предполагая независимое течение вдоль и поперек сечения головки [10].

LAYERCAD

LAYERCAD представляет собой пакет программного обеспечения, используемых для моделирования многослойной экструзии. Программа позволяет прогнозировать толщину каждого слоя, скорость, интенсивность сдвига, вязкость и давления при объединении потоков расплавленного полимера для формирования нескольких слоев листа или пленки. Позволяет моделировать экструзию пленок и листов с количеством слоев до двадцати.

В программе реализован метод конечных элементов при решении соответствующих уравнений потока в предположении, что поток многослойного канала состоит из нескольких параллельных почти плоских пластин. Это приближение является точным для большинства практических проблем, связанных с многослойностью [10].

FLUENT

Fluent является программным комплексом для моделирования течения несжимаемых, умеренно сжимаемых и сильно сжимаемых жидкостей. Благодаря гибкой системе настроек позволяет получать различные решения для одной задачи, моделировать ламинарные и турбулентные течения и различные режимы теплопереноса за счет разнообразия физических моделей, стационарные и переходные ньютоновские и неньютоновские потоки, со свободными поверхностями и многофазными моделями, в том числе теплообмена и реакций. Учитывает изменения фазы при плавлении и кристаллизации, кавитационные модели и модели влажного пара. Возможно моделирование обтекания движущихся объектов [8].

POLYFLOW

Позволяет моделировать течение неньютоновских жидкостей, включая вязкоупругие потоки. В программном комплексе реализован методы конечных элементов и расчет траектории Лагранжа, включая статический анализ, позволяющий рассчитывать потоки сложного характера, связанного со сложным движением твердых частиц. Позволяет моделировать двумерные и трехмерные потоки, процессы лучевого теплообмена, теплопередачу, конвекцию и электрическое нагревание. Содержит инструменты, позволяющие рассчитывать формующие головки и учитывать пористость материала. Обладает широкими возможностями по настройке пользовательского интерфейса и развитой системой динамических подсказок, упрощающих работу с программным продуктом [10].

PROVISION

Данный программный продукт является системой моделирования с

визуальным интерфейсом (рисунок 1.8). Позволяет формировать схемы непосредственно на экране компьютера, выбирая элементы из списка и соединяя их в определенном порядке, что является более удобным по сравнению с методами табличного кодирования. Интерфейс пользователя позволяет работать с графом потоков и агрегатов посредством обращения и редактирования специальной таблицы, содержащей заданные пользователем алфавитно-цифровые идентификаторы потоков и их характеристики.

Рисунок 1.8 - Графический интерфейс комплекса ProVision.

Позволяет решать задачи моделирования ХТС как эквивалентную большую систему нелинейных одновременно решаемых уравнений. Эти системы включают расчет всех необходимых термодинамических свойств для всех потоков, расходов и составов с применением выбранных математических моделей расчета свойств и процессов. При этом каждый элемент схемы решается с применением наиболее эффективных алгоритмов, разработанных для каждого случая.

При расчете системы взаимосвязанных агрегатов последовательность расчета элементов определяется автоматически (или может быть задана пользователем). При наличии рециклов создается итерационная схема, в которой рецикловые потоки разрываются и создается последовательность сходящихся оценочных значений. Эти значения получаются замещением величин, рассчитанных при предыдущем просчете схемы (метод простого замещения) или путем применения специальных методов ускорения расчета рециклов - Вегштейна и Бройдена [8].

В таблице 1.11 дана сводная характеристика рассмотренных программных продуктов.

Название програм-много комплекса	Библиотека полимерных материалов	Подсистема выбора агрегатов по ТЭП	Подсистемы моделирования и оптимизации	Метод решения математической модели	Возможности интерфейса исследователя	Документация на русском языке
NextruCAD	Присутствует	Отсутствует	Расчет технологических и конструктивных характеристик одношнекового экструзионного оборудования	Метод конечных объемов	Развитый графический интерфейс, технология OLE-2	Статьи и учебные пособия
ProVision	Отсутствует	Отсутствует	Расчет технологических схем основных аппаратов, оценка стоимости оборудования	Метод конечных объемов	Панели выбора объектов (агрегатов)	Очень мало
PolyFlow	Присутствует	Отсутствует	Расчет характеристик потоков расплава материала в экструдере и головке	Метод конечных элементов	Различные вкладки и схематичное изображение агрегатов	Встроенная АОС, учебные пособия
Fluent	Большая библиотека материалов	Отсутствует	Расчет технологических и конструктивных характеристик одношнекового экструзионного оборудования	Библиотека методов решения	Большое количество панелей инструментов, изменение стиля интерфейса	Очень много учебных пособий и книг
LayerCAD	Присутствует	Отсутствует	Расчет технологических и конструктивных характеристик головок	Метод конечных элементов	Панели инструментов, модификаторов, объектов	Хорошая встроенная справочная система
FlatCAD	Присутствует	Отсутствует	Расчет технологических и конструктивных характеристик головок	Метод конечных элементов	Панели выбора объектов, модификаторов в ярком графическом режиме; выпадающие меню	Мало докумен-тации

Таблица 1.11 - Сводная характеристика рассмотренных программных продуктов