COMSOL Multiphysics^® 5.6 发布亮点

聚合物流动模块

COMSOL Multiphysics^® 5.6 版本带来了新的“聚合物流动模块”。这是 COMSOL Multiphysics^® 的附加产品，其中包含黏弹性 和无弹性非牛顿 模型，用于描述聚合物、食品、医药、化妆品、家居产品和精细化工行业的各种过程中的流体。不仅如此，“聚合物流动模块”还提供了自由表面跟踪方法，用来预测涂层、液体混合以及模具填充应用中的液-气界面形状。

黏弹性流体模型

黏弹性流体模型用于说明这些流体类型的弹性。当流体发生变形时，会有一定的力使流体返回其变形前的状态，典型例子包括聚合物熔体、油漆和蛋白质悬浮液。“聚合物流动模块”提供了多种黏弹性流体模型，例如 Oldroyd-B、Gisekus、FENE-P 和 LPTT 模型，可以用于预测流体施加的力、涂层在受力作用下的均匀性，以及涉及聚合物固化工艺中的充模程度。

本例采用 Oldroyd-B 流体来模拟黏弹性细丝在表面张力作用下的颈缩过程。在时间小于聚合物弛豫时间的情况下，细丝会形成串珠结构。在远远超过弛豫时间的情况下，溶液由几乎是球形的液滴（通过以指数倍率变细的细丝连接）组成。

无弹性非牛顿流模型

除黏弹性流体模型以外，“聚合物流动模块”还提供应用广泛的通用无弹性非牛顿模型，用于描述剪切稀化和剪切增稠。对于更具体的应用，还提供了黏塑性和触变流体模型。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。其他悬浮液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。用于描述这些流体的模型都是非弹性的，但它们描述的是高非牛顿特性。

使用剪切稀化流体的狭缝式涂布模型。注射速度和模具速度对于获得厚度均匀的涂层非常重要。

多相流模型

为了在模拟涂层、自由表面和充模时对液-气界面进行建模，“聚合物流动模块”提供了基于以下表面跟踪方法的三种不同的分离多相流模型：水平集、相场 和动网格 方法。

熔融橡胶充模。

新增平均选项用于跨相界面的流体属性

在两相流仿真中，当密度和/或黏度比很大时，使用跨相界面的体积平均流体属性可能会导致结果过度模糊。在某些情况下，锐化过渡区的流体属性或将其替换为两相中的一相，可以提高精度和/或收敛性。在 5.6 版本中，用户可以使用平滑的 Heaviside 函数和谐波体积平均来计算密度和黏度。对于黏度，也可以选择使用质量平均和谐波质量平均。

用于求空气-水界面的平均黏度的不同选项。

更轻松地建立相场和水平集模型

新版本对水平集 和相场 接口进行了重构：现在默认添加两个初始值 节点，之前使用的初始界面 特征已被移除。取而代之的是，软件会将初始界面自动放置在具有不同初始相的两个初始值 节点之间的边界上。

初始值，流体 2 特征的设置 。请注意，本例不再需要 初始界面特征。在 相初始化研究步骤中求解水平集或相场函数的初始分布。

新的教学案例

“聚合物流动模块”随附了多个教学案例。

橡胶注射成型

橡胶注射成型的三维仿真。其中采用相场法来跟踪橡胶与排出空气之间的界面，并将橡胶作为剪切稀化无弹性非牛顿幂律流体进行建模。

“案例库”标题：

rubber_injection_molding

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狭缝式涂布（二维）

本例使用幂律非牛顿流体表征两相中的其中一相，对狭缝式涂布工艺进行二维建模。通过拉伸结果，得到三维透视图。

“案例库”标题：

slot_die_coating_2d

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狭缝式涂布（三维）

狭缝式涂布工艺模型，与上面的二维模型相比，本例沿深度方向引入了不对称结构，因此需要三维建模。

“案例库”标题：

slot_die_coating_3D

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串珠结构

黏弹性细丝在表面张力作用下的颈缩模型。在时间远远超过弛豫时间的情况下，溶液由几乎是球形的液滴（通过以指数倍率变细的细丝连接）组成。

“案例库”标题：

beads_on_a_string

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圆柱绕流，黏弹性

黏弹性流动的验证模型。本例将圆柱周围的曳力系数与科学出版物中的高精度计算结果进行了比较。

“案例库”标题：

cylinder_flow_viscoelastic

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幂律搅拌器

带有单个四叶斜式桨的平底釜中的流动模型。模拟的流体是水中含有 1% 的羧乙烯聚合物的溶液，这是一种剪切稀化流体。

“案例库”标题：

power_law_mixer

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