Обновление модуля «Гидродинамика полимеров»

В состав модуля «Гидродинамика полимеров» добавлены новые вязкоупругая и неупругая модели жидкости, интерфейс Curing Reaction и инструменты моделирования взаимодействия вязкоупругой жидкости с деформируемыми телами. Подробнее об этих и других обновлениях ниже.

Новая вязкоупругая модель для расплавов полимеров

Функционал интерфейса Viscoelastic Flow дополнен новой экспоненциальной моделью Фана-Тьена (EPTT). Эта модель вязкоупругой жидкости получена на основе кинетической теории, описывающей расплавы полимера как упругие сети. Предполагается, что распад связей между нитями сети связан со средним размером сети. В качестве релаксационной функции используется экспоненциальное соотношение, которое более точно описывает расплавы полимеров, чем линейная функция LPTT. Релаксационная функция описывает релаксацию напряжений во времени. Точный расчёт релаксации напряжений и вязкоупругих деформаций расплавленных полимеров необходим, например, при моделировании процессов пластической экструзии и формования.

Графическая оболочка COMSOL Multiphysics, отображающая дерево модели с выбранным узлом Fluid Properties, соответствующим окном настройки и графическим окном, в котором построена модель расплавленного полимера. Окно настройки модели EPTT.

Модель неупругих жидкостей Сиско

Модель неупругих жидкостей Сиско (Sisko) является обобщением степенного закона. Она довольно точно описывает течение жидких суспензий с большой объёмной долей частиц, таких как, например, кровь. Хотя течение таких суспензий при средних скоростях деформации сдвига неплохо описывается степенным законом, модель Сиско (Sisko) позволяет моделировать подобные течения при средних и высоких значениях скорости деформации сдвига.

Графическая оболочка COMSOL Multiphysics, отображающая дерево модели с выбранным узлом Two-Phase Flow, Phase Field, соответствующим окном настройки и графическим окном, в котором построена 3D модель. Окно выбора модели неупругой жидкости, в данном случае, модели Sisko.

Интерфейс Curing Reaction

Термином «отверждение» обозначают процесс структурообразования термореактивных смол, например ненасыщенных полиэфиров или эпоксидных смол. Термин «вулканизация» используется применительно к резине. Термореактивная смола — это полимер, резина или пластик, который необратимо упрочняется за счёт отверждения. Вязкость термореактивных смол зависит от температуры и степени отверждения. В новом интерфейсе Curing Reaction реализовано две модели, описывающие зависимость вязкости от степени отверждения. Это модель Кастро-Макоско (Castro–Macosko) и перколяционная модель. Скорость отверждения можно описать с помощью встроенных в интерфейс Curing Reaction моделей кинетики Сестака-Берггрина (Sestak–Berggren), Кама-Сурура (Kama–Sourour) и реакции n-го порядка.

Инжекционное формование с отверждением.

Взаимодействие потока вязкоупругой жидкости с упругими телами (FSI)

Для расчёта силы воздействия вязкоупругой жидкости на твёрдую поверхность необходимо использовать специальные соотношения для каждой вязкоупругой модели. Новые мультифизические связки Fluid-Solid Interaction, Viscoelastic Flow, Fluid-Solid Interaction, Viscoelastic Flow и Fixed Geometry, добавленные в состав модуля «Гидродинамика полимеров», содержат встроенные зависимости для расчёта силы воздействия жидкости. Они позволяют точно рассчитать напряжения, деформации и перемещения в устройствах, используемых для экструзии полимеров, формования и других процессов с участием вязкоупругих жидкостей. Применение новых инструментов продемонстрировано в учебной модели течения вязкоупругой жидкости в канале с гибкими стенками Viscoelastic Flow Through a Channel with a Flexible Wall. Обратите внимание, что интерфейс Fluid-Solid Interaction, Viscoelastic Flow доступен при наличии лицензии на один из модулей «Механика конструкций», «MEMS» или «Динамика многотельных систем».

Поле скорости показано с использованием цветовой палитры Prism, а нагрузка на стенку визуализирована белыми стрелками. Модель взаимодействия вязкоупругой жидкости с деформируемыми стенками канала.

Течения в пористых средах

Интерфейс Brinkman Equations теперь включён в состав модуля «Гидродинамика полимеров». Также можно использовать встроенные формулировки моделей для сопряженного течения жидкости в свободной области и в пористых доменах. С помощью этого функционала можно смоделировать течение жидкости через различные фильтры, сетки, решётки и другие устройства, содержащие пористые материалы.

Интерфейс Two-Phase Flow in Porous Media

Новый мультифизический интерфейс комбинирует интерфейсы Brinkman Equations и Level Set и автоматически настраивает мультифизическую связку Two-Phase Flow, Level Set. Уравнения неразрывности и сохранения импульса записаны в форме уравнений Бринкмана. Положение границы раздела двух не смешиваемых жидкостей в пористой среде описывается с помощью функции уровня.

Заполнение пустой формы смолой. Смола показана с использованием палитры Aurora Australis. Закачка смолы в пустую форму. Для расчёта положения межфазной границы используется новый интерфейс. Форма имеет один вход, три выхода и пористый блок в центре. В начальный момент времени форма заполнена воздухом.

Условие проскальзывания Porous Slip в интерфейсе Brinkman Equations

Погранслой при течении жидкости в пористой среде может быть очень тонким, поэтому моделировать течение в погранслое с помощью уравнений Бринкмана крайне непрактично. Новое граничное условие Porous slip позволяет учесть условия на твёрдых стенках, не прибегая к расчёту поля течения в пограничном слое. Вместо этого на поверхностях используются условия для напряжения, что позволяет добиться приемлемой точности в ядре потока за счёт использования асимптотического решения для профиля скорости в погранслое. Это граничное условие активируется в окне настройки интерфейса Brinkman Equations, после чего оно используется по умолчанию на всех твёрдых стенках. Данное условие можно использовать в большинстве случаев для моделирования грунтовых течений в больших по размеру областях с помощью уравнений Бринкмана.

Поле скорости и распределение концентрации в модели пористого реактора показаны с использованием цветовой палитры Rainbow. Поля скорости и концентрации в модели пористого реактора.

Значительное улучшение работы с пористыми материалами

Теперь для описания свойств пористых материалов используется таблица Phase-Specific Properties в окне настройки узла Porous Material. Помимо этого, можно добавить подузлы для твёрдой и жидкой фаз, причём для каждой фазы можно настроить несколько подузлов. Таким образом, теперь можно использовать один и тот же пористый материал для моделирования гидродинамики, массопереноса и теплопередачи, тогда как раньше приходилось дублировать некоторые настройки и описания свойств материалов.

Увеличенное изображение дерева модели с выбранным узлом Porous Material, соответствующим окном настройки и графическим окном, в котором построена модель каталитического реактора. В двухуровневой модели каталитического насыпного реактора для описания свойств пористых материалов используется новый узел Porous Material.

Новые учебные модели

В состав модуля «Гидродинамика полимеров» COMSOL Multiphysics® 6.0 добавлено две новые учебные модели.