
Моделируйте течения неньютоновских жидкостей с помощью модуля Гидродинамика полимеров
На этой странице:
Среда моделирования для однофазных и многофазных потоков неньютоновских жидкостей
Область применения модуля Гидродинамика полимеров
Неньютоновские жидкости используются во множестве разнообразных технологических процессов в полимерной, пищевой, фармацевтической, косметической, строительной и химической отраслях промышленности. В качестве примеров таких жидкостей можно назвать покрытия, краски, йогурт, кетчуп, коллоидные суспензии, водные суспензии лекарственных препаратов, лосьоны, кремы, шампуни, пептидные и белковые суспензии, и это только малая часть примеров. Для анализа и оптимизации процессов, связанных с подобными средами, и в конечном итоге, для производства высококачественных потребительских продуктов, можно использовать инструменты численного моделирования.
Расплавленные полимеры, краски и белковые суспензии
Вязкоупругие модели учитывают наличие свойства упругости у подобных жидкостей. При деформации жидкости возникает сила, которая стремится вернуть форму среды к исходному состоянию. Важными задачами моделирования являются расчет нестационарной деформации жидкости и гидравлического сопротивления системы при течении жидкости. Типовыми примерами таких жидкостей являются расплавленные полимеры, краски и белковые суспензии.
Коллоидные суспензии, кетчуп, лосьоны
В коллоидных суспензиях наблюдается дилатантный эффект, то есть их вязкость возрастает при увеличении скорости деформации сдвига. Другие суспензии, например сиропы и кетчупы, могут обладать свойством псевдопластичности, когда вязкость снижается при увеличении скорости деформации сдвига. Вязкость тиксотропных жидкостей уменьшается с течением времени при постоянном напряжении сдвига. Модели, которые описывают свойства таких сильно неньютоновских жидкостей, являются неупругими. Задача моделирования в данном случае аналогична расчету вязкоупругих жидкостей: как правило, требуется определить форму свободной границы жидкость-воздух, локальные поверхностные силы, действующие на жидкость, и гидравлическое сопротивление системы при течении таких жидкостей. Часто, важным фактором, который необходимо учитывать при проектировании технологических процессов, например, производства резины, является зависимость свойств жидкости от температуры и состава.
Функциональные возможности модуля Гидродинамика полимеров
Модели вязкоупругих жидкостей
В состав модуля Гидродинамика полимеров включено несколько моделей вязкоупругих жидкостей. В основе этих моделей лежат разные уравнения, описывающие деформацию и силы, вызванные деформацией жидкости. В модели Олдройда используется линейное соотношение, которое можно описать как комбинацию гуковской пружины и ньютоновского раствора, тогда как другие модели используют нелинейные уравнения для расчета эффектов упругости и псевдопластичности.
- Олдройда
- Гизекуса
- FENE-P
- LPTT
Неупругие модели неньютоновских жидкостей
В дополнение к вязкоупругим моделям в модуле Гидродинамика полимеров представлен широкий набор неупругих моделей неньютоновских жидкостей. Многие из этих моделей универсальны и используются для описания как дилатантных, так и псевдопластических эффектов. Для более специфических задач также имеются модели вязкопластических и тиксотропных жидкостей.
- степенной закон
- модель Карро
- модель Карро-Ясуда
- модель Кросса
- модель Кросса-Вильямсона
- модель Эллиса
- модель вязкопластичной жидкости Бингама-Папанастасиу
- модель вязкопластичной жидкости Кассона-Папанастасиу
- модель Гершеля-Балкли-Папанастасиу
- модель Робертссона-Стиффа-Папанастасиу
- модель ДеКи-Туркотта-Папанастасиу
- модель тиксотропии Гоуска

Модели многофазных течений
При моделировании течения в слое покрытия, а также при моделировании потоков со свободной поверхностью и течений в литьевых формах требуется определять положение границы раздела фаз жидкость-воздух. Для решения подобных задач в модуль Гидродинамика полимеров включены три разных модели раздельных течений, основанные на методах расчета межфазной границы. В рамках метода Level Set положение границы раздела фаз определяется из решения уравнения переноса для функции уровня. В рамках метода Phase Field решаются уже два уравнения переноса для переменной фазового поля и плотности энергии смеси. Метод Moving Mesh основан на использовании алгоритмов подвижных сеток.
Встроенные функции для температурных зависимостей
Как правило, для экструзии полимеров или заполнения литьевых форм резину или полимерную смесь сначала расплавляют, а затем подвергают вулканизации внутри формы. В модуль Гидродинамика полимеров включены тепловые модели, необходимые для расчета таких процессов: доступны модели Аррениуса, Уильямса-Лэндела-Ферри, а также экспоненциальная модель.
Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию. Чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших задач, свяжитесь с нами. Обсудив это с одним из наших торговых представителей или менеджером по продажам, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.
Просто нажмите кнопку "Связаться с представителем COMSOL", укажите свою контактную информацию, замечания или вопросы и отправьте нам. В течение одного рабочего дня с вами свяжется наш торговый представитель или менеджер.