Модуль потока полимеров Comsol

Моделировать поток неньютоновских жидкостей

Модуль потока полимера — это дополнение к программному обеспечению COMSOL Multiphysics, используемое для определения и решения задач, связанных с неньютоновскими жидкостями с вискоупругими, тиксотропными, сдвиговыми или сдвиговыми свойствами. Можно объяснить свойства жидкостей в зависимости от температуры и состава для моделирования отверждения и полимеризации. При объединении модуля потока полимера с другими модулями COMSOL Multiphysics можно моделировать полностью связанные и зависящие от времени взаимодействия жидкости и структуры.

Полимерные расплавы, краски и белковые суспензии

Модели вязкоупругих жидкостей учитывают эластичность таких типов жидкостей. Когда жидкость деформируется, существует определённая сила, которая возвращает её в недеформированное состояние. При моделировании важно оценивать деформацию жидкости со временем (то есть форму интерфейса воздух–жидкость), локальные силы на поверхностях, которые могут взаимодействовать с этими жидкостями, а также потери давления в системе, где происходит поток жидкости. Типичными примерами таких жидкостей являются полимерные расплавы, краски и суспензии белков.

Коллоидные суспензии, кетчуп и лосьоны

Коллоидные суспензии могут проявлять сдвигающее утолщение, при котором вязкость значительно увеличивается с скоростью сдвига. Другие суспензии могут включать сдвиговое разрежение, например, сиропы и кетчуп, где вязкость уменьшается с скоростью сдвига. Тиксотропные жидкости также имеют временную зависимость: вязкость уменьшается с продолжительностью скорости сдвига. Модели, описывающие эти жидкости, все неэластичны, но они описывают крайне неньютоновское поведение.

Цель моделирования и моделирования схожа с целью вязкоупругих жидкостей выше: оценить форму интерфейса воздух–жидкость, локальные силы на поверхностях, которые могут взаимодействовать с этими жидкостями, а также потери давления в системе, где происходит поток жидкости. Кроме того, зависимость от температуры и состава может быть важна для проектирования производственных процессов, например, при отверждении расплава резины.

Особенности и функциональность модуля Polymer Flow

Модуль потока полимеров предлагает специализированные функции для многих моделей и свойств жидкости.

Модели вязкоупругих жидкостей

Модуль потока полимеров включает различные модели вязкоупругих жидкостей. Эти модели различаются по конститутивным соотношениям, описывающим деформацию, и силам, вызванным деформацией жидкости. Модель Олдройда-B использует линейное отношение, которое можно описать как суспензия пружин Гука в ньютоновском растворителе, в то время как другие описывают нелинейные упругие эффекты и сдвиговое истончение.

• Олдройд-Б
• Гизекус
• FENE-P
• FENE-CR
• Линейный Фан-Тьен–Таннер (LPTT)
• Экспоненциальный Фан-Тьен–Таннер (EPTT)
• Роли–Поли

Многофазные модели потока

Чтобы позволить моделировать интерфейс жидкость–воздух при моделировании покрытий, свободных поверхностей и заполнения формы, модуль потока полимера включает три различных отдельных многофазных модели потока, основанных на методах отслеживания поверхности. Метод Level Set отслеживает положение интерфейса, решая уравнение транспорта для функции level-set. Метод фазового поля отслеживает положение интерфейса, решая транспортное уравнение для переменной фазового поля и уравнение плотности смешивания энергии. Метод Moving Mesh отслеживает положение интерфейса с помощью сетки, которая меняет форму.

Отверждение в твёрдых и жидкостных веществах

Отверждение материалов, таких как композиты и клеи, для которых термические эффекты критически важны для производительности продукта, можно моделировать как для жидких, так и для твёрдых доменов. С помощью интерфейса реакции отверждения можно определить температурно-зависимую кинетику отверждения, представляющую процесс химического отверждения. Этот интерфейс поддерживает различные модели реакций, включая модели Сестака–Берггрена, Камала–Сура и n-го порядка, а также модели вязкости, такие как модели Кастро–Макоско и перколяционные модели, что позволяет точно предсказывать поведение материалов в процессе отверждения.

Неупругие неньютоновские модели

Помимо вискоупругих моделей, модуль потока полимеров включает широкий спектр неупругих неньютоновских моделей. Многие модели являются универсальными и используются для описания сдвига и утолщения при сдвиге. Для более специфических применений существуют модели для вискапластичных и тиксотропных жидкостей.

• Закон степени
• Карро
• Карро–Ясуда
• Крест
• Кросс–Уильямсон
• Сиско
• Эллис
• Бингем–Папанастасиу (Вискапластик)
• Кассон–Папанастасиу (Вископластический)
• Гершель–Балкли–Папанастасиу
• Робертсон–Стифф–Папанастасиу
• Деки–Туркотт–Папанастасиу
• Хоуска тиксотропия (Тиксотроп)

Тепловые функции температурной зависимости

Распространённый способ экструзии полимера и заполнения формы — плавление резины или полимерной смеси. Затем смесь затвердеет внутри формы. Модуль потока полимеров включает тепловые модели, необходимые для моделирования этих процессов: доступны модели Аррениуса, Уильямса–Ландела–Ферри и Экспоненциальные.

Поток пористых сред

Модуль потока полимера позволяет моделировать неньютоновский поток в пористых средах с использованием формул Дарси и Бринкмана для связанных свободных и пористых областей. Он включает следующие неупругие, зависящие от сдвигов модели вязкости:

• Закон степени
• Карро
• Карро–Ясуда
• Крест
• Кросс–Уильямсон
• Сиско