聚合物流动模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.0 版本为“聚合物流动模块”的用户引入了新的黏弹性和非弹性模型、固化 接口,以及黏弹性流体的流固耦合。请阅读以下内容,进一步了解该模块的新增功能和更新功能。

新增聚合物熔体黏弹性模型

黏弹性流动 接口新增了一个指数型 Phan–Thien Tanner (EPTT) 材料模型,这种黏弹性模型所采用的动力学理论将聚合物熔体描述为弹性网络,并假设网络中各股之间连接点的破坏与网络的平均大小有关。松弛函数用于描述应力随时间的松弛,是一个指数表达式,与线性函数 LPTT 相比,它对聚合物熔体的描述更加准确。描述塑料挤出和模压过程中的聚合物熔体时,需要准确的应力松弛和黏弹性变形。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“流体属性”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示聚合物熔体模型。
EPTT 模型的用户界面设置。

用于非弹性流动的 Sisko 模型

Sisko 非弹性模型是幂律模型的推广,它准确地描述了含有大量颗粒的流体悬浮液,例如血液。幂律模型可以准确地描述这些悬浮液在中等剪切速率下的流动,Sisko 模型还能够描述流动的中等和高剪切速率状态。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“两相流,相场”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示三维模型。
用于选择非弹性流动模型的用户界面,图中以 Sisko 模型为例。

固化反应接口

术语“固化”是指热固性树脂(例如,不饱和聚酯或环氧树脂)的交联。术语“硫化”用于橡胶的交联。热固性材料是一种聚合物、树脂或塑料,通过固化而不可逆转地硬化。热固性材料的黏度取决于温度和固化程度。新增的固化反应 接口包含两个用于分析黏度与固化程度之间关系的预定义模型,分别是 Castro–Macosko 模型和渗流模型。固化过程的速率可以根据 Sestak-Berggren、Kama-Sour 和 n 阶反应动力学模型来描述,这些模型在固化反应 接口中预定义。


注塑成型与固化。

黏弹性流体的流-固耦合

我们必须为每个黏弹性模型专门制定模型中黏弹性流体对固体表面施加的力。在新版本的“聚合物流动模块”中,当您选择新增的流-固耦合多物理场耦合流-固耦合,黏弹性流动固定几何 后,来自流体的力会被预定义。这支持精确计算用于聚合物拉伸、成型和涉及黏弹性流体的其他过程的装置中的应力和应变以及变形。您可以在通过柔性壁通道的黏弹性流动教学案例中查看此特征的应用演示。请注意,流-固耦合,黏弹性流动 接口还需要“结构力学模块”、“MEMS 模块”或“多体动力学模块”的许可证。

以 Prism 颜色表显示速度大小、以白色箭头表示载荷的壁模型。
用于模拟弹性通道中的流动的流固耦合。

多孔介质流动

您现在可以在“聚合物流动模块”中使用 Brinkman 方程 接口,还可以对自由和多孔介质流动模型使用预定义的公式。该功能可用于描述流体流过诸如过滤器、筛子和包含由多孔材料制成的组件等的各种装置。

多孔介质两相流

新增的多物理场接口结合了 Brinkman 方程水平集 接口,并自动添加两相流,水平集 耦合节点,其中使用 Brinkman 方程求解质量和动量守恒问题,利用水平集函数跟踪多孔介质中两种不混溶流体之间的界面。

以 Aurora Australis 颜色表显示的树脂,注入到空模具模型中。
树脂注入空模具。新增接口用于跟踪注射前沿。模具包含一个入口和三个出口,中心有一个多孔块,最初充满空气。

Brinkman 方程接口的多孔滑移

多孔介质流动的边界层可能非常薄,在 Brinkman 方程模型中求解不切实际。通过新的多孔滑移 壁处理特征,您可以在不解析边界层中的全流动剖面的情况下对壁进行分析。而应力条件应用于表面,通过利用边界层速度剖面的渐近解,获得相当高的本体流动精度。该功能在 Brinkman 方程 接口的设置 窗口中激活,然后用于默认的壁条件。您可以在涉及由 Brinkman 方程描述的地下水流以及模型域较大的大多数问题中使用这一新特征。

多孔反应器模型,以 Rainbow 颜色表显示流场和浓度。
多孔反应器模型的流场和浓度场。

大幅改进多孔材料的处理

多孔材料现已在多孔材料 节点的相特定的属性 表格中定义。此外,您可以为固体和流体特征添加子节点,从中可以为每个相定义多个子节点。这样就可以将一种相同的多孔材料用于流体流动、化学物质传递和传热,而无需复制材料属性和设置。

“模型开发器”的特写视图,其中突出显示“多孔材料”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示填充床反应器模型。
多孔材料的新 材料节点,以填充床的多尺度模型为例。

新增教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.0 版本的“聚合物流动模块”引入了两个新的教学案例。

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