Mathematical modeling of non-isothermal process of the jet spraying of powder polymeric compositions and the formation of protective coatings
The nonisothermal jet cross flow of gas suspension around a rotating circular cylinder at low volume concentration of particles is considered. Averaged Reynolds equations with closing k-e turbulence model, Lagrangian continual approach and analytical solutions are used for the mathematical description of carrying medium flow and particles motion. The dynamics of formation of the polymeric particles sprayed layer on the treated body surface, their interaction with the surface and previously deposited particles, agglutination and subsequent coalescence and spreading of polymeric material is assessed. This takes into consideration the mechanical and thermal effect on the deposited particles of the external environment, involves the main principles of deformable solid mechanics and capillary hydrodynamics, takes into account the dependence of the fluid material viscosity, surface tension coefficient on temperature, changes of limiting wetting angle within the movement along the solid surface of the interface between the fluid and gaseous media. The influence patterns of spraying modes on the main operational indicators of the polymeric coatings such as continuity and adhesion strength are established. Recommendations on improving the coatings quality are presented.
Mathematical modeling, jet deposition, formation of coatings.
Рассматривается поперечное струйное неизотермическое обтекание газовзвесью вращающегося кругового цилиндра при малой объемной концентрации частиц. Для математического описания течения несущей среды, движения частиц используются осредненные уравнения Рейнольдса с замыкающей k-e моделью турбулентности, Лагранжев континуальный подход, а также аналитические решения. Оценивается динамика формирования на обрабатываемой поверхности тела насыпного слоя полимерных частиц, их взаимодействие с поверхностью, ранее осевшими частицами, слипания, а также последующего слияния и растекания полимерного материала. При этом учитывается механическое и тепловое воздействие на осевшие частицы внешней среды, привлекаются основные положения механики твердого деформируемого тела, капиллярной гидродинамики, принимается во внимание зависимость вязкости жидкого материала, коэффициента поверхностного натяжения от температуры, изменения краевого угла смачивания в процессе перемещения вдоль твердой поверхности границы раздела жидкой и газообразной среды. Устанавливаются закономерности влияния режимов напыления на основные эксплуатационные показатели полимерных покрытий, таких как сплошность и адгезионная прочность. Представляются рекомендации по повышению качества покрытий.
Математическое моделирование, струйное напыление, формирование покрытий.
1. Яковлев А.Д. Порошковые краски. Л: Химия, 1987. 216с. 2. Галимов Э.Р., Зверев Э.В., Тукбаев Э.Е., Галимова Н.Я., Курынцев С.В., Мухин А.М. Поли-мерные порошковые покрытия специального назначения. Казань: Изд-во «Офсет Сервис», 2012. 164с. 3. Протасов В.Н. Полимерные покрытия в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1985. 192 с. 4. Федяев В.Л., Галимов Э.Р., Сираев А.Р., Мартинес Маркес Л. Математическое моделирование процессов, протекающих при струйном напылении полимерных порошковых покрытий // Ак-туальные проблемы механики сплошной среды. К 25-летию ИММ КазНЦ РАН. Сб. науч. тру-дов. Казань: Изд-во «ФЭН» АН РТ, 2016. 452с. 5. Fedyaev V.L., Galimov E.R., Gimranov I.R., Takhaviev M.S., Morenko I.V. Mathematical modeling of jet flow around of bodies when applying polymer powder coatings // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 134 (2016) 012005 doi:10.1088/1757-899X/134/1/012005 6. Губайдуллин Д.А., Федяев В.Л., Моренко И.В. Неизотермическое обтекание дисперсными средами вращающихся тел // Физико-химическая кинетика в газовой динамике 2015. Т.16, вып. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-3/articles/546/ 7. Morenko I.V., Fedyaev V.L. Hydrodynamics and Heat Transfer of the Circular Cylinder in the Con-fined Laminar Viscous Flow with the Particles of the Impurity //Theoretical Foundations of Chemi-cal Engineering. 2015. Vol. 49. No. 6. Pp. 901–908. DOI: 10.1134/S0040579515040326 8. Morenko I. V., Fedyaev V. L. Laminar nonisothermal flow of a viscous fluid with solid particles past a rotating circular cylinder // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2014. Vol. 87. No. 3. P. 566-572. DOI: 10.1007/s10891-014-1046-9 9. Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., Смирнова И.П. Тео-рия турбулентных струй. М.: Наука, 1984. 716 с. 10. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. М.: Наука, 1977. 408 с. 11. Эрозия/ Под ред. К.Прис. М. Мир, 1982. 464 с. 12. Зукас Дж.А., Николас Т., Свифт Х.Ф., Грещук Л.Б., Курран Д.Р. Динамика удара. М.: Мир, 1985. 296 с. 13. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч.1. М.: Наука, 1987. 464 с. 14. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 539 с. 15. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. 758 с. 16. Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии. Л.: Химия, 1977. 592 с. 17. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. 568 с. 18. Бертенев Г.М., Зеленов Ю.В. Курс физики полимеров. Под ред. Проф. С.Я. Френкеля. Л.: Хи-мия, 1976. 288 с. 19. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. Под ред. А.Г. Стромберга. М.: Высш. шк., 1973. 480 с.
