Continuum modelling of liquid polymer in bounded domains
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2006
Major/Subject
Fysiikka (laskennallinen fysiikka)
Mcode
Tfy-105
Degree programme
Language
en
Pages
71
Series
Abstract
Työssä perehdytään polymeerijuosteen virtauslaskentaan laskentatilavuuksissa joissa on läsnä useampaa kuin yhtä nestetyyppiä. Alkuperäisenä motivaattorina työssä oli tutkia mahdollisuuksia polymeerijuosteen laskennalliseen tarkasteluun ruiskuvaluprosessin aikana. Työ liittyy TEKES:in Hypris -projektiin jossa tutkitaan teoreettisesti ja käytännönläheisesti useammasta materiaalista koostuvien hybridikappaleiden tuottamista ruiskuvaluprosessia. Tällaisessa kappaleessa tärkein eri materiaaleja yhdistävä voima olisi adheesio, jonka voimakkuuteen vaikuttavat niin atomitason kuin makroskooppisen skaalan ilmiötkin. Ilmiöllä tarkoitetaan yleisesti kahden aineen kiinnittymistä toisiinsa. Adheesioon vaikuttavat paitsi pintojen mahdolliset kemialliset liitokset, myös aineiden rakenteeseen ja pintaenergioihin liittyvät prosessit. Adheesion tyydyttävä laskennallinen tarkastelu vaatisi todennäköisesti perehtymistä niin atomiskaalan kuin makroskooppisten pituusskaalojen ilmiöihin. Kontinuumitason mallinnus mahdollistaisi fysikaalisten parametrien kuten paineen ja virtauskentän tarkastelua tilanteissa joissa näiden parametrien mittaaminen on mahdotonta. Lisäksi mikrotason malleista laskettavia arvoja voisi sijoittaa kontinuumiskaalan mallin materiaaliparametreiksi ja reunaehdoiksi ja näin tutkia kvanttitason oletuksista koostetun materiaalin fysikaalista käyttäytymistä makroskooppisessa skaalassa. Polymeerijuoste on viskositeetiltaan ei-Newtonilaista ja mekaanisilta ominaisuuksiltaan viskoelastista. Tällaisen materiaalin kontinuumitason mekaanisten yhtälöiden ratkaisu tyydyttävästi on haastavaa. Polymeerijuosteen virtausta voidaan kuitenkin tietyillä oletuksilla käsitellä tavallisen viskoosin kokoonpuristumattoman nesteen virtauksena. Mikäli virtauksen Reynoldsin-luku ei ole liian suuri (eli virtaus on tarpeeksi rauhallinen) ja virtaustilavuus ei ole liian monimutkainen antaa tällainen tarkastelu ainakin kvalitatiivisesti oikeita tuloksia. Virtausyhtälöiden ratkaisu käytännössä vaatii jonkin numeerisen menetelmän käyttöä. Lisäksi virtauksessa, jossa on läsnä useampaa materiaalia, kuten polymeerijuostetta ja ilmaa, vaaditaan jokin menetelmä aineiden välisen rajapinnan sijainnin määrittämiseksi ja sen dynamiikan huomioon ottamiseksi. Tähän voidaan käyttää esimerkiksi niin sanottua level-set -menetelmää. Tässä työssä perehdytään virtausmekaniikkaan sekä rajapinnanseurausmenetelmiin jotka mahdollistavat useamman kuin yhden nestetyypin virtauksen laskennallisen käsittelyn. Lisäksi suoritetaan koelasku polymeerin ja ilman virtaukselle kaksiulotteisessa geometriassa käyttäen elementtimenetelmään pohjautuvaa virtausratkaisijaa ja level-set -menetelmää.Description
Supervisor
Nieminen, RistoThesis advisor
Salo, PetriKeywords
finite element method, elementtimenetelmä, level-set method, level-set menetelmä, computational fluid dynamics, virtauslaskenta