Effects of the dimensionless variables on the heat transport phenomena in the extrusion process of a single screw extruder have been studied numerically. Based on the understanding of the solids conveying related to the geometrical structure and characteristics of the screw, the heat balance equation for the solids conveying zone was established and normalized. The finite volume method and power-law scheme were applied to derive a discretized equation and the equation was solved using the alternating direction iterative method with relaxation. Effects of the dimensionless parameters, Biot and Peclet numbers, that define the heat transfer characteristics of the solids conveying zone have been investigated with respect to the temperature of the feeding zone and the length of the solids conveying zone. As the Biot number is increased, the heat loss by cooling dominates to decrease the temperature of the barrel but it has little effects on the temperature of the solids bed and the length of the solids conveying zone. On the other hand, if the Peclet number is increased, the convection term dominates to decrease the temperature of the solids bed and it results in an increase in the length of the solids conveying zone.

단축압출기의 압출공정에서 고체수송부의 열전달 현상에 미치는 무차원수의 효과를 수치 해석적인 방법으로 연구하였다. 스쿠르의 기하학적 구조 및 특성에 따른 압출기 내에서의 고체 흐름 상태에 대한 이해를 바탕으로 고체 수송부에 대하여 열 수지 방정식을 세우고 무차원화하였다. 이에 유한체적법과 멱(冪) 법칙 도식을 적용하여 이산화 방정식을 유도한 다음 반복 대입법과 완화법으로 해를 구하였다. 고체수송부의 열전달 특성을 규정하는 무차원수인 Biot 수와 Peclet 수가 수지 공급부의 온도와 고체수송부의 길이에 끼치는 영향을 조사하였다. Biot 수가 증가하면 냉각에 의한 열 손실이 지배하여 배럴의 온도는 급격히 감소하지만 고체층의 온도와 고체수송부의 길이에 미치는 영향은 적으며, Peclet 수가 증가하면 대류 항이 지배하여 고체층의 온도가 감소하고 고체수송부의 길이가 증가한다.

Keywords: extruder; solids conveying zone; heat transfer; numerical analysis; dimensionless numbers