Verkopplungs-orientierte Modellbildung und Simulation instationärer Extrusionsprozesse:
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| adam_text | Titel: Verkopplungs-orientierte Modellbildung und Simulation instationärer Extrusionsprozesse
Autor: Panreck, Klaus
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis T
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
1.1 Verfahrensbeschreibung 1
1.2 Ausgangssituation und Zielsetzung 3
1.3 Anforderungen an das Modellkonzept 6
2. Grundlagen der Prozeßmodellierung 8
2.1 Stand der mathematischen Modellbildung 8
2.2 Verkopplungs-orientierte Prozeßbeschreibung 13
2.3 Methoden der Modellaufbereitung 18
2.3.1 Prozeßnormierung 18
2.3.2 Ortsdiskretjsiemng verteilter Prozeßkomponenten 22
2.3.3 Ordnungsreduktion mittels singulärer Störungsrechnung 26
2.4 Grundlagen differenüal-algebraischer Gleichungen 31
2.4.1 Grundformen und Index 31
2.4.2 Besonderheiten und ihre Handhabung bei der Problemlösung . . 34
2.5 Strukrunerung des Extrusionsprozesses 38
3. Modellierung der aktuatorischen Prozesse 42
3.1 Modellierung des Schneckenantriebs 42
3.1.1 Eingangsgrößenmodelle 42
3.1.2 Normierung der Modellgleichungen 44
3.2 Modellierung der Tempenereinnchtung 45
3.2.1 Heizleistungsanteil 47
3.2.2 Konveküver Wärmeübergang 49
3.2.2.1 Modell des Lüfters 49
3.2.2.2 Wärmeübergangszahl des luftgekühlten Zylinders ... 53
3.2.2.3 Modell des Rippenkühlkörpers 56
3.2.3 Wärmeverluste durch Strahlung 58
3.2.4 Bilanzgleichung der Tempenereinnchtung 60
3.2.5 Normierung der Modellgleichungen 60
ti Inhaltsverzeichnis
4. Modellierung der fluidischen Prozesse 64
4.1 Grundlagen der Strömungsanalyse 64
4.1.1 Allgemeine Voraussetzungen 64
4.1.2 Einführen Theologischer Zustandsgieichungen 65
4.1.3 Definition viskosimetnscher Funktionen 67
4.1.4 Aufstellen der Konünuitätsbedingungen 68
4.2 Modell einer instationären Ringspaltströmung 69
4.2.1 Aufstellen der Modellgleiehungen 70
4.2.2 Normierung der Modellgleiehungen 72
4.2.3 Ortsdiskretisierung der verteilten Prozeßkomponenten 74
4.2.4 Verkopplungs-onenüerte Zustandsbeschreibung 76
4.2.5 Analyse der Prozeßstruktur 78
4.3 Modell der instationären Strömung im Schneckengang 82
4.3.1 Aufstellen der Modellgleiehungen 82
4.3.2 Normierung der Modellgleiehungen 87
4.3.3 Ortsdiskretisierung der verteilten Prozeßkomponenten 89
4.3.4 Verkopplungs-orientierte Zustandsbeschreibung 90
4.3.5 Analyse der Prozeßstruktur 92
4.3.6 Verkopplung mit dem Schneckenantrieb 94
5. Modellierung der thermischen Prozesse 95
5.1 Energiebüanzanteile für den Fließkanal 97
5.1.1 Wendeiförmige Ringspaltströmungen 97
5.1.2 Berücksichtigung des Querströmungseinflusses im Schneckengang 101
5.2 Thermisches Gesamtmodell für Ringspalt und Schneckengang 105
5.2.1 Verkopplung der Zonenabschnitte 106
5.2.2 Normierung der Modellgleiehungen 107
5.2.3 Ortsdiskreüsierung der verteilten Prozeßkomponenten 109
5.2.4 Verkopplungs-orientierte Zustandsbeschreibung 112
5.2.5 Analyse der Prozeßstruktur 115
5.3 Thermisches Prozeßmodell für Zylinderwand und Schnecke 118
5.3.1 Normierung der Modellgleiehungen 119
5.3.2 Ortsdiskretisierung der verteilten Prozeßkomponenten 120
5.3.3 Verkopplungs-onenüerte Zustandsbeschreibung 122
5.3.4 Analyse der Prozeßstruktur 124
Inhaltsverzeichnis jrj
5.4 Verkopplung der thermischen Prozeßmodelle 126
5.4.1 Aufstellen der Modellgleichungen 126
5.4.2 Normierung der Modellgleichungen 127
5.4.3 Aufstellen der Koppelsystembeschreibung 128
5.5 Verwendung von AnalogiemodelJen 130
6. Analyse instationärer Prozeßvorgänge 135
6.1 Aufbau und Parameter des Extruders 135
6.2 Untersuchungen zum thermischen Prozeßverhalten 139
6.2.1 Modellkonfiguration 139
6.2.2 Arbeitspunkte 140
6.2.3 Wirkung von Schneckendrehzahländerungen 145
6.2.4 Wirkung von Heizleistungsänderungen 150
6.2.5 Wirkung von Lüfterdrehzahländerungen 153
6.2.6 Kennwerte zur Charakterisierung transienter Prozeßvorgänge . . 156
6.3 Untersuchungen zum Durchsatz- und Druckverhalten 163
6.3.1 Modellkonfiguration 163
6.3.2 Arbeitspunkt und Betriebsweise 164
6.3.3 Typische Verläufe der Übergangsfunktionen 164
6.3.4 Variation der Stoffparameter 168
6.3.5 Variation der Verzögerungszeit des Schneckenantriebes 170
7. Zusammenfassung 172
8. Literatur 175
9. Formelzeichen 182
10. Anhang 190
10.1 Bestimmung der Korrespondenzfunktion fKX,r) 190
10.2 Numerische Lösung differenüal-algebraischer Gleichungen 196
10.2.1 Allgemeines zu Runge-Kutta-Verfahren 196
10.2.2 Beschreibung des verwendeten Integrationsverfahrens 198
10.2.3 Modifikation der Integraüonsalgonthmen 199
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