ポリマーメルト, 塗料, タンパク質の懸濁液
粘弾性流体モデルは, これらの種類の流体の弾性を説明します. 流体が変形すると, 変形していない状態に戻ろうとする力が一定量働きます. モデル化の際には, 時間経過に伴う流体の変形 (つまり, 気液界面の形状), これらの流体と相互作用する可能性のある表面上の局所的な力, および流体の流れが発生する系内の圧力損失を推定することが重要です. これらの流体の代表的な例としては, ポリマーの溶融物, 塗料, タンパク質の懸濁液などがあります.
ポリマー流れモジュール
非ニュートン流体の流れをシミュレートする
ポリマー流れモジュールは, COMSOL Multiphysics® ソフトウェアのアドオンであり, 粘弾性, チキソトロピー, ずり流動化, またはずり流動化特性を備えた非ニュートン流体に関連する問題を定義および求解するために使用されます. 温度と組成の関数として流体の特性を説明し, 硬化と重合をモデル化できます. COMSOL Multiphysics® で他のモジュールを組み合わせる場合, 完全に結合された時間依存の流体と構造の相互作用をモデル化することもできます.
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コロイド状懸濁液, ケチャップ, ローション
コロイド懸濁液は, せん断速度に応じて粘度が大幅に増加するせん断増粘挙動を示すことがある. また, シロップやケチャップのように, せん断速度に応じて粘度が低下するせん断減粘性を示す懸濁液もあります. チキソトロピー流体にも時間依存性があり, せん断速度が長くなると粘度が低下します. これらの流体を記述するモデルはすべて非弾性ですが, 高度に非ニュートン的な挙動を示します.
モデリングとシミュレーションの目的は, 上記の粘弾性流体の場合と同様に, 気液界面の形状, これらの流体と相互作用する可能性のある表面上の局所的な力, 流体の流れが発生するシステム内の圧力損失を推定することです. さらに,温度や組成への依存性は, 例えばゴムメルトの硬化など, 製造プロセスの設計にも重要となります.
ポリマー流れモジュールの特徴と機能
ポリマー流れモジュールは, 多くの流体モデルと特性に特化した機能を提供します.
粘弾性流体モデル
ポリマー流れモジュールは, さまざまな粘弾性流体モデルを備えています. これらのモデルは, 変形と流体の変形によって引き起こされる力を表す構成関係が異なります. Oldroyd-B モデルは線形関係を使用します. これは, ニュートン溶媒中のフックばねのサスペンションとして説明できますが, 他のモデルは非線形弾性効果とせん断薄膜化を説明します.
- Oldroyd-B
- Giesekus
- FENE-P
- FENE-CR
- 線形 Phan-Thien–Tanner (LPTT)
- 指数 Phan-Thien–Tanner (EPTT)
- Rolie–Poly
混相流モデル
コーティング, 自由表面, 金型充填などのシミュレーションを行う際に, 液体と空気の界面をモデル化できるようにするために, ポリマー流れモジュールには, 表面追跡方法に基づいた3種類の分離された混相流モデルが含まれています. レベルセット法は, レベルセット関数の輸送方程式を解くことにより, 界面の位置を追跡します. フェーズフィールド法は, フェーズフィールド変数と混合エネルギー密度の2つの輸送方程式を解くことにより, 界面の位置を追跡します. メッシュの移動方法は, 形状が変化するメッシュを使用して界面の位置を追跡します.
Curing in Solids and Liquids
Curing of materials such as composites and adhesives, for which thermal effects are critical to product performance, can be modeled for both fluid and solid domains. With the Curing Reaction interface, temperature-dependent cure kinetics can be defined to represent the chemical curing process. This interface supports various reaction models, including the Sestak–Berggren, Kamal–Sourour, and nth-order models, as well as viscosity models such as the Castro–Macosko and percolation models, enabling accurate prediction of material behavior during the curing process.
非弾性非ニュートンモデル
粘弾性モデルに加えて, ポリマー流れモジュールは, さまざまな非弾性非ニュートンモデルを備えています. モデルの多くは一般的であり, ずり流動化とずり流動化を説明するために使用されます. より具体的なアプリケーションには, 粘塑性流体とチキソトロピー流体のモデルがあります.
- べき乗則
- Carreau
- Carreau–Yasuda
- Cross
- Cross–Williamson
- Ellis
- Bingham–Papanastasiou (粘塑性)
- Casson–Papanastasiou (粘塑性)
- Herschel–Bulkley–Papanastasiou
- Robertsson–Stiff–Papanastasiou
- DeKee–Turcotte–Papanastasiou
- Houska thixotropy (チキソトロピー）
温度依存性の熱関数
ポリマーの押し出しとモールドの充填の一般的な方法は, ゴムまたはポリマーの混合物を溶かすことです. 次に, 混合物を型内で硬化させます. ポリマー流れモジュールには, これらのプロセスをモデル化するために必要な熱モデルが含まれています. Arrhenius, Williams–Landel–Ferry, 指数モデルなどがすべて利用可能です.
Porous Media Flow
The Polymer Flow Module enables modeling of non-Newtonian flow in porous media using Darcy and Brinkman formulations for coupled free and porous domains. It includes the following inelastic, shear-dependent viscosity models:
- Power law
- Carreau
- Carreau–Yasuda
- Cross
- Cross–Williamson
- Sisko
シミュレーションのニーズはそれぞれ異なります.
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