Гидродинамика полимеров

Реологические модели жидкостей

Модуль «Гидродинамика полимеров» расширяет функциональные возможности программного продукта COMSOL Multiphysics®. Модуль предназначен для постановки и решения задач, связанных с расчётом течений неньютоновских жидкостей, обладающих вязкоупругими свойствами, тиксотропией, реопексией, а также дилатантных и псевдопластических жидкостей. В расчёте можно учесть зависимость свойств жидкости от температуры и состава для моделирования вулканизации и полимеризации. При совместном использовании с другими модулями COMSOL Multiphysics® можно решать сильно связанные нестационарные задачи о взаимодействии потока с твердым деформируемым телом.

Связаться с COMSOL
Модель процесса щелевого покрытия, построенная с использованием металлического серого цвета и радужной палитры.

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 расчёт 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»

Специальные инструменты для работы с множеством реологических моделей жидкостей.

Увеличенное изображение окна настройки узла Fluid Properties с раскрытым списком моделей, в котором выбрана модель Олдройда, и графического окна, в котором отображается модель течения крови в аневризме.

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 расчёта эффектов упругости и псевдопластичности.

  • модель Олдройда
  • модель Гизекуса
  • модель FENE-P
  • модель LPTT
Увеличенное изображение дерева модели с выбранным узлом Two-Phase Flow, Phase Field и графического окна, в котором отображается модель щелевого покрытия в момент времени 0.1 с.

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 разные модели раздельных течений, основанные на методах расчёта 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.

Увеличенное изображение окна настройки узла Fluid Properties с раскрытым списком неупругих моделей жидкости, в котором выбрана модель степенного закона, и графического окна, в котором отображается модель миксера для неньютоновских жидкостей.

Неупругие модели
неньютоновских жидкостей

В дополнение к вязкоупругим моделям в модуле «Гидродинамика полимеров» представлен широкий спектр 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
Увеличенное изображение окна настройки узла Two-Phase Flow, Phase Field с раскрытым списком тепловых моделей, в котором выбрана модель Уильямса-Лэндела-Ферри, и графического окна, в котором отображается модель заполнения литьевой формы расплавленной резиной.

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 расчёта таких процессов: доступны модели Аррениуса, Уильямса-Лэндела-Ферри, а также экспоненциальная модель.

Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию.

Свяжитесь с нами, чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших инженерных или научных задач. Обсудив основные аспекты с одним из наших менеджеров, 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 COMSOL", укажите свои контактные данные, сформулируйте вопросы и отправьте нам эту заявку. Наша цель — ответить вам в течение одного рабочего дня!

Следующий шаг

Запрос информации о программе

Все продукты