聚合物流动模块

模拟非牛顿流体流动

“聚合物流动模块”是 COMSOL Multiphysics® 软件的一个附加产品,用于定义和求解具有黏弹性、触变性、剪切增稠或剪切稀化属性的非牛顿流体问题。您可以将流体的属性作为温度和组分的函数来模拟固化和聚合反应。不仅如此,通过将本模块与 COMSOL Multiphysics® 的其他模块结合使用,您还可以模拟全耦合的瞬态流-固耦合问题。

联系 COMSOL
以金属灰色显示的狭缝式涂布工艺模型,其中包含彩虹色切面图。

聚合物熔体、油漆和蛋白质悬浮液

黏弹性流体模型可以分析这些流体类型的弹性。当流体发生变形时,会有一定的力使其返回未变形状态。在建模时,非常重要的是计算流体随时间的变形(即气-液界面的形状)、可能与这些流体相互作用的局部表面力,以及发生流体流动的压力损失。这些流体的典型例子包括聚合物熔体、油漆和蛋白质悬浮液。

胶状悬浮液、番茄酱和乳液

胶状悬浮液可能表现出剪切增稠的特性,其黏度随剪切速率显著增加。另一些悬浮液则可能表现出剪切稀化特性,比如糖浆和番茄酱,其黏度会随剪切速率而降低。此外,触变流体还具有时间依赖性,其黏度会随着剪切速率的持续时间而降低。虽然用于描述这些流体的模型都是非弹性的,但它们能够描述高度非牛顿特性。

建模仿真的目的与上面的黏弹性流体相似:计算气-液界面的形状、可能与这些流体相互作用的局部表面力,以及流体流动的压力损失。此外,对温度和组分的依赖性可能对制造工艺的设计非常重要,比如橡胶熔体的固化。

聚合物流动模块的特征和功能

“聚合物流动模块”为许多流体模型和属性提供专门的功能。

“流体属性”设置的特写视图,其中展开了“材料模型”列表并选定 Oldroyd-B,并且“图形”窗口中显示主动脉瘤模型。

黏弹性流体模型

“聚合物流动模块”的特点在于提供了多种黏弹性流体模型,它们具有不同的本构关系,可用于描述流体变形以及由此产生的力。Oldroyd-B 模型采用线性关系,可以描述为胡克弹簧在牛顿溶剂中的悬浮液,而另一些模型则描述非线性弹性效应和剪切稀化。

  • Oldroyd-B
  • Gisekus
  • FENE-P
  • LPTT
“模型开发器”特写视图,其中突出显示“两相流,相场”节点,并且“图形”窗口中显示 0.1 秒时的狭缝式涂布模型。

多相流模型

为了能够在模拟涂层、自由表面和充模时对液-气界面进行建模,“聚合物流动模块”提供了三种不同的基于表面跟踪方法的分离多相流模型。其中水平集 方法通过求解水平集函数的输运方程来跟踪界面位置;相场 方法通过求解相场变量和混合能量密度的两个输运方程来跟踪界面位置;动网格 方法则使用可以改变形状的网格来跟踪界面位置。

“流体属性”设置的特写视图,其中展开了“非弹性模型”列表并选定“幂律”,并且“图形”窗口中显示一个非牛顿流体搅拌器。

无弹性非牛顿模型

除黏弹性模型以外,“聚合物流动模块”还提供广泛应用的无弹性非牛顿模型,其中许多模型都具有通用性,可以描述剪切稀化和剪切增稠。此外,还提供黏塑性和触变流体模型来描述更具体的应用。

  • 幂律
  • Carreau
  • Carreau-Yasuda
  • 交叉
  • Cross-Williamson
  • Ellis
  • Bingham-Papanastasiou(黏塑性)
  • Casson-Papanastasiou(黏塑性)
  • Herschel-Bulkley-Papanastasiou
  • Robertsson-Stiff-Papanastasiou
  • DeKee-Turcotte-Papanastasiou
  • Houska 触变模型(触变性)
“两相流,相场”设置的特写视图,其中展开了“热函数”列表并选定 Williams-Landel-Ferry;并且“图形”窗口中显示一个橡胶注射模具。

温度依存性的热函数

聚合物挤出和充模的常用方法是熔融橡胶或聚合物混合物,然后使混合物在模具内固化。“聚合物流动模块”提供了模拟这些过程所需的热力学模型:阿累尼乌斯Williams-Landel-Ferry指数 模型。

COMSOL 是否能用于解决我的问题?
欢迎联系我们,我们的专业工程师可以协助您评估技术可行性,并根据实际使用场景推荐相应的许可形式。

单击“联系 COMSOL”按钮,填写并提交相关信息,我们的工作人员将会尽快与您联系。

下一步:评估与试用 COMSOL® 软件

产品库