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.
Математическое моделирование неизотермических процессов струйного напыления полимерных порошковых композиций и формирования защитных покрытий
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. Yakovlev A.D. Powder paints. / Yakovlev A.D. – L.: Khimiya, 1987 – 216 p. 2. Galimov E.R., Zverev E.V., Tukbaev E.E., Galimova N.Ya., Kuryntsev S.V., Mukhin A.M. Poly-meric powder coatings for special purposes. Kazan: Publishing house “Ofset servis”, 2012. – 164 p. 3. Protasov V.N. Polymeric coatings in the oil industry. M.: Nedra, 1985. 192 p. 4. Fedyaev V.L., Galimov E.R., Siraev A.R., Martines Markes L. Mathematical modeling of processes occurring at jet spraying of polymeric powder coatings // Current problems of Continuum Mechan-ics. For 25-th anniversary of IMME KSC RAS collection of scientific papers. – Kazan: Publishing house «FEN» AS RT, 2016. 452 p. 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. Gubaydullin D.A., Fedyaev V.L., Morenko I.V., Nonisothermal flow of disperse media around the rotating bodies // Physical-chemical kinetics in gas dynamics 2015. Vol.16, issue 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. Abramovich G.N., Girshovich T.A., Krasheninnikov S.Yu., Sekundov A.N., Smirnova I.P. Theory of turbulent jets. M.: Nauka, 1984. 716 p. 10. Lavrent'yev M.A., Shabat B.V. Problems of hydrodynamics and their mathematical models. M.: Nauka, 1977. 408 p. 11. Erosion / edited by K.Pris. – M. Mir, 1982. – 464 p. 12. Zukas Dzh.A., Nikolas T., Svift Kh.F., Greshchuk L.B., Kurran D.R. Impact dynamics. M.: Mir, 1985. – 296 p. 13. Nigmatulin R.I. Dynamics of multiphase media P.1. M.: Nauka, 1987. 464 p. 14. Levich V.G. Physical-chemical hydrodynamics. M.: Publishing house of the USSR AS, 1952. 539 p. 15. Betchelor Dzh. Introduction to fluid dynamics. M.: Mir, 1973. 758 p. 16. Kogan V.B. Theoretical foundations of unit operations of chemical engineering / Kogan V.B. – L.: Khimiya, 1977. – 592 p. 17. Adamson A. Physical chemistry of surfaces. M.: Mir, 1979. – 568 p. 18. Bertenev G.M., Zelenov Yu.V. Course of polymer physics edited by prof. S.Ya. Frenkel L.: Khimiya, 1976. – 288 p. 19. Stromberg A.G., Semchenko D.P. Physical chemistry edited by A.G. Stromberg. M.: Vysshaya shkola, 1973. – 480 p.
