ポリマー流れモジュールアップデート

ポリマー流れモジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics® バージョン6.0は, 新しい粘弾性および非弾性モデル (硬化) インターフェース, および粘弾性流体の流体-構造相互作用が導入されました. これらおよびその他の更新については以下をご覧ください.

ポリマー溶融の新しい粘弾性モデル

粘弾性流れインターフェースに新しい指数関数的なPhan–Thien Tanner (EPTT) 材料モデルが追加されました. この粘弾性モデルは, 高分子溶融物を弾性ネットワークとして説明する運動論から導き出されています. ネットワーク内のストランド間のジャンクションの破壊は, ネットワークの平均サイズに関連していると想定されます. 緩和関数は指数式であり, 線形関数LPTTよりもポリマー溶融物のより正確な記述です. 緩和関数は時間の経過に伴う応力緩和を表すために使用されます. ポリマー溶融物を説明する場合, 正確な応力緩和と粘弾性変形が必要であり, たとえばプラスチックの押出成形や成形プロセスで使用できます.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Fluid Properties node highlighted, the corresponding Settings window, and a polymer melt model in the Graphics window.
EPTTモデルのユーザーインターフェース.

非弾性流れの Sisko モデル

Sisko非弾性モデルはべき法則モデルの一般化です. これは, たとえば血液などの粒子の体積分率が大きい流体懸濁液を正確に表します. べき法則モデルは, 中程度のせん断速度でのこれらの懸濁液の流れを正確に記述することができますが, Siskoモデルは流れの中程度および高いせん断速度レジームを記述することもできます.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Two-Phase Flow, Phase Field node highlighted, the corresponding Settings window, and a 3D model in the Graphics window.
Siskoモデルの非弾性流れモデルの選択をするユーザーインターフェース.

硬化反応インターフェース

硬化という用語は熱硬化性樹脂, たとえば不飽和ポリエステルまたはエポキシ樹脂の架橋を指します. 加硫という用語はゴムに使用されます. 熱硬化性樹脂は硬化によって不可逆的に硬化するポリマー, 樹脂, またはプラスチックです. 熱硬化性樹脂の場合, 粘度は温度と硬化度の両方に依存します. 新しい硬化反応インターフェースには, 粘度が硬化度に依存するための2つの事前定義されたモデルが含まれています. これらは, Castro–Macosko およびパーコレーションモデルです. 硬化プロセスの速度は, Sestak–Berggren, Kama–Sourour, および, 硬化反応インターフェースに事前定義してある, n次の反応速度モデルに従って記述できます.


硬化のある射出成型.

粘弾性流体の流体‐構造相互作用

モデル内の固体表面に粘弾性流体によって加えられる力は, 粘弾性モデルごとに特別に定式化する必要があります. 新しいバージョンのポリマー流れモジュールでは, 流体-固体相互作用, 粘弾性流れ, 流体-固体相互作用, 粘弾性流れ, および固定ジオメトリの新しい流体-構造相互作用マルチフィジックスカップリングを選択すると, 流体からの力が事前定義されます. これらにより、ポリマーの押し出し、成形、および粘弾性流体を含むその他のプロセスに使用されるデバイスの変形だけでなく, 応力とひずみの正確な計算が可能になります. この機能はViscoelastic Flow Through a Channel with a Flexible Wall チュートリアルモデルで使われています. 流体‐固体相互作用 (粘弾性流) インターフェースには, 構造力学モジュール, MEMSモジュール, またはマルチボディダイナミクスモジュールのいずれかのライセンスも必要であることに注意してください.

A wall model showing the velocity magnitude in the Prism color table and the load represented by white arrows.
弾性流路中の流れをモデル化する流体‐構造相互作用.

多孔質媒体中流れ

ブリンクマン方程式インターフェースがポリマー流れモジュールで利用できるようになりました. 自由で多孔質の媒体流を持つモデルに事前定義された定式化を使用することも可能です. この機能は, 多孔質材料で作られた部品を含むフィルター, ふるい, およびその他のデバイスを横切る流体の流れを説明するために使用できます.

多孔質媒体中2相流れ

新しいマルチフィジックスインターフェースは, ブリンクマン方程式インターフェースとレベルセットインターフェースを組み合わせ, 2相流 (レベルセット) カップリングノードを自動的に追加します. ブリンクマン方程式を使用して質量と運動量の保存を解きます. 多孔質媒体内の2つの非混合流体間の界面はレベルセット関数で追跡されます.

Resin showed in the Aurora Australis color table, injecting into an empty mold model.
空の型への樹脂注入. 射出フロントを追跡するための新しいインターフェース. 金型には1つの入口と3つの出口があり, 中央に多孔質ブロックがあり, 最初は空気で満たされています.

ブリンクマン方程式インターフェースの多孔質スリップ

多孔質媒体内の流れの境界層は非常に薄く, ブリンクマン方程式モデルで解くのは実用的でない場合があります. 新しい多孔質スリップ壁処理オプションを使用すると, 境界層の完全な流れプロファイルを解像せずに壁を考慮することができます. 代わりに応力条件が表面に適用され, 境界層速度プロファイルの漸近解を利用することにより, バルク流れに適切な精度が得られます. この機能は ブリンクマン方程式インターフェース設定ウィンドウで有効化され, デフォルトの壁の状態に使用されます. この新機能はブリンクマン方程式で記述された地下水流を含み, モデル領域が大きいほとんどのモデルで使用できます.

A porous reactor model showing the flow and concentration in the Rainbow color table.
多孔質反応器モデルの流れと濃度場.

各段に向上した多孔質材料の取扱い

多孔質材料は多孔質材料ノードの相固有特性テーブルで定義されるようになりました. さらに, サブノードは各フェーズに複数のサブノードを定義できるソリッドおよび流体機能に追加できます. これにより, 材料特性と設定を複製することなく, 流体流れ, 化学種輸送, および熱伝達に1つの同じ多孔質材料を使用できます.

A closeup view of the Model Builder with the Porous Material node highlighted, the corresponding Settings window, and a packed-bed reactor model in the Graphics window.
充填ベッドのマルチスケールモデルで例示されている多孔質材料の新しい材料ノード.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics® バージョン6.0 では2つの新しいチュートリアルモデルがポリマー流れモジュールに追加されました.