Enjeksiyonla kalıplamda üçü boyutlu polimer ergiyik akışların sayısal analizi ve deneysel incelenmesi
Numerical analysis and experimental investigation of three dimensional polymer melt flows in injection molding
Yazar: ONURALP ULUER
Danışman: PROF. DR. AHMET ÖZDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tez çalışmasında, enjeksiyonla kalıplama sırasında ergiyik polimerin kalıp boşluğundaki üç boyutlu akış davranışı, deneysel olarak görüntülenmiş ve sayısal analizi gerçekleştirilmiştir. Polimer olarak Alçak yoğunluklu Polietilen (A.Y.PE), Yüksek Yoğunluklu Polietilen (Y.Y.PE) ve Polistiren (PS) plastik malzemelerinin kullanıldığı çalışmada, kalıp boşluğundaki üç boyutlu akış davranışı, kalıp boşluğuna yerleştirilen üç adet temperlenmiş cam ile görüntülenebilir hale gelmiştir. Görüntüler, video kamera ile kayıt edilmiş ve video görüntülerinden fotoğraf kareleri elde edilmiştir. Sayısal analizler, FLUENT yazılımı ortamında gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizlerden daha gerçekçi sonuçların alınabilmesi için, A.Y.PE, Y.Y.PE ve PS malzemelerinin viskozite, yoğunluk ve ısı iletim katsayısı gibi fiziksel ve reolojik özellikleri deneysel olarak tespit edilmiş ve elde edilen sonuçlar modellenerek temel akış denklemlerinde kullanılmıştır. Viskozite kayma hızı ve sıcaklığa bağlı, yoğunluk ve ısı iletim katsayısı ise sıcaklığa bağlı olarak modellerde ifade edilmiştir. Basınca dayalı çözüm algoritmasının kullanıldığı analizlerde basınç SIMPLE algoritması ile elde edilmiştir. Akış cephesi, akışkan hacmi (VOF) yöntemi ile tespit edilmiştir. Deneysel görüntüler ile, fiziksel ve reolojik özelliklerin sabit alındığı ve deneysel veriler kullanılarak oluşturulan modellerin kullanıldığı simülasyon çıktıları kıyaslanmıştır. Akış cephesi profillerinin her üç sonuçta da benzer olduğu, fakat dolum süreleri dikkate alındığında fiziksel ve reolojik özellik modellerinin kullanıldığı simülasyon çıktılarının gerçeğe çok daha uygun olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, three dimensional flow behaviour of the molten polymer in the mould cavity during the injection moulding is visually recorded and numerically analysed. In this study, which includes the Low Density Polyethylene (LDPE), High Density Polyethylene (HDPE) and Polystyrene (PS) as polymer, the three dimensional flow behaviour in the mould cavity, is become visually recordable by tempered three glasses located into the mould cavity. Images are recorded by a video camera and the frames are obtained from the records. Numerical analyses are reached by using the FLUENT software. To obtain the more realistic results from the analysis, the physical and the rheological properties of the LDPE, HDPE and PS are experimentally obtained and the obtained data are modelled and the models are taken into account in the governing equations. Viscosity is expressed depending on the shear rate and the temperature; the density and the thermal conductivity are expressed depending on the temperature. In the analyses, where the pressure based solution algorithm is preferred, the pressure is obtained with the SIMPLE algorithm. The flow front is determined according to the volume of fluid (VOF) method. The analyses result which includes the constant physical and rheological properties and the analyses result which includes the physical and rheological property models are compared with the experimental images. It is obtained that the flow front profiles are the same with each other but, if the filling times are considered, the analysis results obtained using the physical and rheological property models are more realistic.