COMSOL Multiphysics^® 5.6 發布亮點

聚合物流動模塊

COMSOL Multiphysics^® 5.6 版本帶來了新的“聚合物流動模塊”。這是 COMSOL Multiphysics^® 的附加產品，其中包含黏彈性 和無彈性非牛頓 模型，用于描述聚合物、食品、醫藥、化妝品、家居產品和精細化工行業的各種過程中的流體。不僅如此，“聚合物流動模塊”還提供了自由表面跟蹤方法，用來預測涂層、液體混合以及模具填充應用中的液-氣界面形狀。

黏彈性流體模型

黏彈性流體模型用于說明這些流體類型的彈性。當流體發生變形時，會有一定的力使流體返回其變形前的狀態，典型例子包括聚合物熔體、油漆和蛋白質懸浮液?！熬酆衔锪鲃幽K”提供了多種黏彈性流體模型，例如 Oldroyd-B、Gisekus、FENE-P 和 LPTT 模型，可以用于預測流體施加的力、涂層在受力作用下的均勻性，以及涉及聚合物固化工藝中的充模程度。

本例采用 Oldroyd-B 流體來模擬黏彈性細絲在表面張力作用下的頸縮過程。在時間小于聚合物弛豫時間的情況下，細絲會形成串珠結構。在遠遠超過弛豫時間的情況下，溶液由幾乎是球形的液滴（通過以指數倍率變細的細絲連接）組成。

無彈性非牛頓流模型

除黏彈性流體模型以外，“聚合物流動模塊”還提供應用廣泛的通用無彈性非牛頓模型，用于描述剪切稀化和剪切增稠。對于更具體的應用，還提供了黏塑性和觸變流體模型。膠狀懸浮液可能表現出剪切增稠的特性，其黏度隨剪切速率顯著增加。其他懸浮液可能表現出剪切稀化特性，比如糖漿和番茄醬，其黏度會隨剪切速率而降低。此外，觸變流體還具有時間依賴性，其黏度會隨著剪切速率的持續時間而降低。用于描述這些流體的模型都是非彈性的，但它們描述的是高非牛頓特性。

使用剪切稀化流體的狹縫式涂布模型。注射速度和模具速度對于獲得厚度均勻的涂層非常重要。

多相流模型

為了在模擬涂層、自由表面和充模時對液-氣界面進行建模，“聚合物流動模塊”提供了基于以下表面跟蹤方法的三種不同的分離多相流模型：水平集、相場 和動網格 方法。

熔融橡膠充模。

新增平均選項用于跨相界面的流體屬性

在兩相流仿真中，當密度和/或黏度比很大時，使用跨相界面的體積平均流體屬性可能會導致結果過度模糊。在某些情況下，銳化過渡區的流體屬性或將其替換為兩相中的一相，可以提高精度和/或收斂性。在 5.6 版本中，用戶可以使用平滑的 Heaviside 函數和諧波體積平均來計算密度和黏度。對于黏度，也可以選擇使用質量平均和諧波質量平均。

用于求空氣-水界面的平均黏度的不同選項。

更輕松地建立相場和水平集模型

新版本對水平集 和相場 接口進行了重構：現在默認添加兩個初始值 節點，之前使用的初始界面 特征已被移除。取而代之的是，軟件會將初始界面自動放置在具有不同初始相的兩個初始值 節點之間的邊界上。

初始值，流體 2 特征的設置 。請注意，本例不再需要 初始界面特征。在 相初始化研究步驟中求解水平集或相場函數的初始分布。

新的教學案例

“聚合物流動模塊”隨附了多個教學案例。

橡膠注射成型

橡膠注射成型的三維仿真。其中采用相場法來跟蹤橡膠與排出空氣之間的界面，并將橡膠作為剪切稀化無彈性非牛頓冪律流體進行建模。

“案例庫”標題：

rubber_injection_molding

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狹縫式涂布（二維）

本例使用冪律非牛頓流體表征兩相中的其中一相，對狹縫式涂布工藝進行二維建模。通過拉伸結果，得到三維透視圖。

“案例庫”標題：

slot_die_coating_2d

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狹縫式涂布（三維）

狹縫式涂布工藝模型，與上面的二維模型相比，本例沿深度方向引入了不對稱結構，因此需要三維建模。

“案例庫”標題：

slot_die_coating_3D

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串珠結構

黏彈性細絲在表面張力作用下的頸縮模型。在時間遠遠超過弛豫時間的情況下，溶液由幾乎是球形的液滴（通過以指數倍率變細的細絲連接）組成。

“案例庫”標題：

beads_on_a_string

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圓柱繞流，黏彈性

黏彈性流動的驗證模型。本例將圓柱周圍的曳力系數與科學出版物中的高精度計算結果進行了比較。

“案例庫”標題：

cylinder_flow_viscoelastic

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冪律攪拌器

帶有單個四葉斜式槳的平底釜中的流動模型。模擬的流體是水中含有 1% 的羧乙烯聚合物的溶液，這是一種剪切稀化流體。

“案例庫”標題：

power_law_mixer

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