用Oldroyd-B基准来描述粘弹性行为

2018年7月31日

Oldroyd-B数值模型定义了在菌株(例如粘土,牙膏,油和聚合物溶液)下表现出复杂粘弹性行为的流体流动。在Oldroyd-B流体的基准模型中,使用ComsolMultiphysics®软件和附加CFD模块来求解数值模型,该模型已通过已发布的研究验证了结果。

Oldroyd-B模型定义了粘弹性流体行为

OldRoyd-B模型可以写成用以下变量描述粘弹性流体行为的方程式:

  • 应力张量
  • 休息时间
  • 阻碍时间
  • 应力张量的上符合时间衍生物
  • 流体速度
  • 由溶剂和聚合物成分组成的总粘度
  • 变形速率张量或应变张量的速率

尽管该模型似乎很简单,但由于涉及复杂的流体动力学,在许多情况下,对于数值模拟而言,这可能是一个挑战。这是Comsol®软件所在的地方…

魏森堡的数字和最小二乘稳定

无量纲的Weissenberg数量比较了Oldroyd-B流体中的弹性和粘性力。在简单的情况下,例如稳态剪切流,可以通过将剪切速率乘以放松时间来找到该数字。

魏森贝格的数字告诉我们液体的行为是什么?

  • 0表示流体纯粹是粘性的
  • 对于Oldroyd-B流体而言,大于1被认为很高
  • 无限的数字意味着流体给出纯粹的弹性响应

我们知道,魏森堡的数字对于分析Oldroyd-B液体很重要,那么是什么阻止我们找到它?魏森堡的数字自然是对流的。这意味着,随着弹性的增加,溶液变得更加不稳定。

本教程中的材料模型是使用基于方程式的建模定义的,因为CFD模块中尚无Oldroyd-B接口。因此,最小二乘稳定项必须手动添加稳定数值解决方案。这样做可以改善解决方案稳定性,并使我们能够在魏森堡数字变得不稳定之前找到更大范围的解决方案。

粘弹性流体的数值建模

Oldroyd-B基准测试的几何形状由两个平行板之间的圆柱体组成,该平行板的2D流量是Oldroyd-B流体的2D流。要注意的一个规范是,气缸的半径和通道的半宽之间存在1:2的纵横比。同样,计算域的设置为40倍,使您避免进入和退出效果。

Oldroyd-B模型的示意图。
用于描述粘弹性行为的Oldroyd-B流体流量模型的示意图。

该模型包括以下边界条件:

  • 对称性,因此您只需要对通道和圆柱体的上半部分进行建模
  • 墙壁上的无滑动边界
  • 半进而
  • 出口处的压力以解释发达的流量

通过参数求解该模型,您可以逐渐将Weissenberg的数字从0增加到1。如下所示,Comsol®软件为Weissenberg编号的典型值求解了Oldroyd-B模型,0.7 W一世。仿真结果给出了通道中的流场和应力分布,以及流体的阻力系数随魏森贝格数的函数。

构图的Oldroyd-B基准模型,具有粘弹性流体流量和应力。
流场(彩虹)和T11通道中的Oldroyd-B流体的应力(Cividis轮廓线)。

OldRoyd-B流体模型的结果与已在文献中发表的实验和模拟结果非常吻合,验证了Comsol多物理学的使用和CFD模块用于粘弹性流的数值模拟。

下一步

尝试自己求解Oldroyd-B模型:单击下面的按钮,这将带您到应用程序库。从那里,您可以下载分步指南和MPH文件。

了解有关可用的功能和功能的更多信息使用CFD模块模拟流体流动


评论(2)

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奥斯汀张
奥斯汀张
2018年9月14日

嗨,这个模型可以用于魏森伯格数字大于1的情况吗?

西娜·加拉姆伯(Nina Ghalambor)
西娜·加拉姆伯(Nina Ghalambor)
2018年12月1日

嗨,这很棒,谢谢您的描述。我浏览了方程式和comsol文件。
我的问题是T11,T22,…如何影响SPF物理?T11,T12和T22的计算值如何影响SPF Physic的速度?

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