Dreidim. Modellierung des Doppelschneckenextruders mit IBM

Der Doppelschneckenextruder (DSE) ist eines der wichtigsten Geräte für die Verarbeitung von Polymeren, Chemikalien und Lebensmitteln. Trotz vieler verschiedener Ausführungen sind DSE besonders effektiv beim kontinuierlichen Transport und Mischen von hochviskosen Materialien. Die Schnecken bestehen aus Elementen mit unterschiedlichen Geometrien, die jeweils einen anderen Zweck erfüllen; Transportelemente schieben das Material beispielsweise nach vorne, während Knetelemente für die Deformation und das Mischen zuständig sind. Die Entwicklung und Optimierung von DSE durch experimentelle Prototypen ist teuer und zeitaufwändig. Der Einsatz von numerischen Simulationen zur Vorhersage der Leistung von DSE kann die Entwicklungsphase erheblich beschleunigen und im Vergleich zu experimentellen Studien kann eine Vielzahl and Konfigurationen im Detail und zu geringeren Kosten betrachtet werden. Zusätzlich können Simulationsmethoden dazu beitragen, die komplexen Interaktionen zwischen den Betriebszuständen, Eigenschaften der Materialen und Schneckengeometrien besser zu verstehen. Das Ziel dieses Projektes besteht in der Entwicklung einer neuen Immersed Boundary (IB) Methode für die numerische Simulation von DSE. Diese Methode ermöglicht die Auflösung des Fluidstroms rund um komplexe Körper, wie etwa die überlappenden Schnecken eines Extruders. Es wird angenommen, dass das Medium, das den DSE füllt, ein einphasiges Newtonsches (z. B. Silikonöl) oder nicht-Newtonsches Fluid (z. B. geschmolzenes Polypropylen) ist. Das Modell wird mit Hilfe von experimentellen Messungen validiert, die an einem speziell angefertigten Rotationsrheometer und an einem realen Doppelschneckenextruder durchgeführt werden. Das numerische Verfahren wird in der CFDEMcoupling-Software implementiert und über die gesamte Projektlaufzeit gewartet.