Влияние реологических характеристик полимерных расплавов на кинематику их течений в сходящихся каналах | Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2025. № 98. DOI: 10.17223/19988621/98/12

Влияние реологических характеристик полимерных расплавов на кинематику их течений в сходящихся каналах

Проведено сравнение неоднородных двумерных течений полимерных расплавов с различной структурой макромолекул в каналах с прямоугольным сечением и внезапным сужением. Показано, что при моделировании течения полимера с разветвленной структурой в области входа в щелевой канал возникает возвратное течение, чего не наблюдается в случае течения линейного полимера с близким значением начальной сдвиговой вязкости. Для расчетов использовалась реологическая модель Виноградова-Покровского, поля скоростей и напряжений были получены методом конечных элементов. Полученные результаты демонстрируют хорошее соответствие между теоретическими и экспериментальными данными.

Скачать электронную версию публикации

Ключевые слова

реология, вязкость, расплавы полимеров, вихревое течение, реологическое уравнение состояния, двумерные течения, метод конечных элементов

Авторы

ФИО	Организация	Дополнительно	E-mail
Павлов Михаил Сергеевич	Томский политехнический университет	кандидат физико-математических наук, доцент	mspavlov@tpu.ru
Павлюк Юрий Алексеевич	Алтайский государственный педагогический университет	аспирант	pawlyk1996@yandex.ru
Пышнограй Григорий Владимирович	Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова	доктор физико-математических наук, профессор	pyshnograi@mail.ru

Всего: 3

Ссылки

Langlois W.E. Steady flow of slightly visco-elastic fluids: Dissertation / Brown University, 1957.

Schummer P. Zum Flie Bverhalten Nicht-Newtonscher Flussigkeiten in konischen Dusen // Rheologica Acta. 1967. V. 6. P. 192-200. doi: 10.1007/BF01969173.

Schummer P. Die Stromung viskoelastischer Flussigkeiten in einem konvergenten Kanal // Rheologica Acta. 1968. V. 7. P. 271-277. doi: 10.1007/BF01985789.

Straufl K., Kinast R. Sekundurstromungseffekte beim Stromen viskoelastischer Flussigkeiten durch Keilspaltdusen // Colloid and Polymer Science. 1974. V. 252. P. 753-758. doi: 10.1007/BF01554502.

Strauss K. Die Stromung einer einfachen viskoelastischen Flussigkeit in einem konvergenten Kanal // Acta Mechanica. 1974. V. 20. P. 233-246. doi: 10.1007/BF01175926.

Straufl K. Die Stromung einer einfachen viskoelastischen Flussigkeit in einem konvergenten Kanal // Acta Mechanica. 1975. V. 21. P. 141-152. doi: 10.1007/BF01172833.

Datta A.B., Straufl K. Slow flow of a viscoelastic fluid through a contraction // Rheologica Acta. 1976. V. 15. P. 403-410. doi: 10.1007/BF01574495.

Mitsoulis E., Vlachopoulos J., Mirza F.A. Numerical simulation of entry and exit flows in slit dies // Polymer Engineering & Science. 1984. V. 24 (9). P. 707-715.

Mitsoulis E., Vlachopoulos J., Mirza F.A. A numerical study of the effect of normal stresses and elongational viscosity on entry vortex growth and extrudate swell // Polymer Engineering & Science. 1985. V. 25 (1). P. 677-689.

Munstedt H., Schwetz M., Heindl M., Schmidt M. Influence of molecular structure on secondary flow of polyolefin melts as investigated by laser-Doppler velocimetry // Rheologica Acta. 2001. V. 40. P. 384-394. doi: 10.1007/s003970000160.

Mitsoulis E., Schwetz M., Munstedt H. Entry flow of LDPE melts in a planar contraction // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2003. V. 111 (1). P. 41-61. doi: 10.1016/s0377-0257(03)00012-0.

Merten A., Schwetz M., Munstedt H. Laser-Doppler velocimetry - a powerful tool to investigate the flow behavior of polymer melts // International Journal of Applied Mechanics and Engineering. 2003. V. 8. P. 283-288.

Hertel D., Munstedt H. Dependence of the secondary flow of a low-density polyethylene on processing parameters as investigated by laser-Doppler velocimetry // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2008. V. 153 (2-3). P. 73-81. doi: 10.1016/j.jnnfm.2007.12.004.

Hertel D., Valette R., Munstedt H. Three-dimensional entrance flow of a low-density polyethylene (LDPE) and a linear low-density polyethylene (LLDPE) into a slit die // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2008. V. 153 (2-3). P. 82-94. doi: 10.1016/ j.jnnfm.2007.11.010.

Hulsen M.A., van der Zanden J. Numerical simulation of contraction flows using a multi-mode Giesekus model // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 1991. V. 38 (2-3). P. 183-221. doi: 10.1016/0377-0257(91)83005-0.

McLeish T.C.B., Larson R.G. Molecular constitutive equations for a class of branched polymers: the Pom-Pom polymer // Journal of Rheology. 1998. V. 42 (1). P. 81-110. doi: 10.1122/1.550933.

Bishko G.B., McLeish T.C.B., Harlen O.G., Larson R.G. Theoretical molecular rheology of branched polymers in simple and complex flows: the Pom-Pom model // Physical Review Letters. 1997. V. 79 (12). P. 2352-2355. doi: 10.1103/PhysRevLett. 79.2352.

Bishko G.B., Harlen O.G., McLeish T.C.B., Nicholson T.M. Numerical simulation of the transient flow of branched polymer melts through a planar contraction using the ‘Pom-Pom’ model // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 1999. V. 82 (2-3). P. 255-273. doi: 10.1016/S0377-0257(98)00165-7.

Clemeur N., Rutgers R., Debbaut B. Numerical evaluation of three dimensional effects in planar flow birefringence // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2004. V. 123 (2). P. 105-120. doi: 10.1016/j.jnnfm.2004.07.002.

Sirakov I., Ainser A., Haouche M., Guillet J. Three-dimensional numerical simulation of viscoelastic contraction flows using the Pom-Pom model differential constitutive model // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2005. V. 126 (2). P. 163-173. doi: 10.1016/j.jnnfm. 2004.08.013.

Sousa P.C., Coelho P.M., Oliveira M.S.N., Alves M.A. Effect of the contraction ratio upon viscoelastic fluid flow in three-dimensional square-square contractions // Chemical Engineering Science. 2011. V. 66 (5). P. 998-1009. doi: 10.1016/j.ces.2010.12.011.

Griebel M., Ruttgers A. Multiscale simulations of three-dimensional viscoelastic flows in a square-square contraction // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2014. V. 205. P. 4163. doi: 10.1016/j.jnnfm.2014.01.004.

Wang X., Chen R., Wang M., Jin G. Validation of double convected Pom-Pom model with particle image velocimetry technique // Polymer Engineering and Science. 2015. V. 55 (8). P. 1897-1905. doi: 10.1002/pen.24030.

Clemeur N., Rutgers R.P., Debbaut B. On the evaluation of some differential formulations for the pom-pom constitutive model // Rheologica Acta. 2003. V. 42. P. 217-231. doi: 10.1007/s00397-002-0279-2.

Борзенко Е.И., Дьякова О.А. Исследование течения вязкой жидкости в т-образном канале с условиями прилипание-скольжение на твердой стенке // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2016. № 4 (42). С. 58-69. doi: 10.17223/19988621/42/6.

Борзенко Е.И., Рыльцева К.Е., Шрагер Г.Р. Численное исследование характеристик течения неньютоновской жидкости в трубе с внезапным сужением // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 58. С. 56-70. doi: 10.17223/19988621/58/5.

Кошелев К.Б., Пышнограй Г.В., Толстых М.Ю. Моделирование трехмерного течения полимерного расплава в сходящемся канале с прямоугольным сечением // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2015. № 3. С. 3-11.

Мерзликина Д.А., Пышнограй Г.В., Пивоконский Р., Филип П. Реологическая модель для описания вискозиметрических течений расплавов разветвленных полимеров // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89, № 3. С. 643-651.

Макарова М.А., Малыгина А.С., Пышнограй Г.В., Рудаков Г.О. Моделирование реологических свойств расплавов полиэтиленов при их одноосном растяжении // Вычислительная механика сплошных сред. 2020. Т. 13, № 1. С. 73-82. doi: 10.7242/1999-6691/2020.13.1.6.

Капустина Л.В., Павлюк Ю.А., Пышнограй Г.В. Гидродинамическая структура вторичных потоков расплавов полимеров в каналах с изменением геометрии // Южно-Сибирский научный вестник. 2023. № 6 (52). С. 101-105. doi: 10.25699/SSSB.2023.52.6.012.

Гусев А.С., Макарова М.А., Пышнограй Г.В. Мезоскопическое уравнение состояния полимерных сред и описание динамических характеристик на его основе // Инженернофизический журнал. 2005. Т. 78, № 5. С. 55-61.