[发明专利]用于模拟高粘度流体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于模拟高粘度流体的计算机化方法。

背景技术

近年来，已建议使用各种计算机化模拟方法，包括如下方法：通过计算纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equation)计算或模拟在混炼机比如班伯里混炼机中的腔室中捏合的塑性流体比如未交联的橡胶或树脂复合物的流动状态。

[专利文献1]JP-A-2011-27593

[非专利文献1]“团聚物分散混合的数值和试验研究”，V.Collin，E.Peuvrel-Disdier等。

在低粘度流体比如空气的流动计算中，在流体流动空间的壁面上，流体的流动速度可被设置为0。然而，在高粘度流体比如还未硫化的未交联橡胶复合物的流动计算中，在流体流动空间的壁面上，流体沿流动方向可以具有一定值的流动速度。因此，流体会在器壁上滑动。当对这种高粘度流体进行计算机模拟时，必须考虑这种在器壁上的滑动现象。

因此，在壁面上的流体速度(以下简称为滑动速度)可通过壁面上的剪切应力函数被定义。当滑动速度为线性时，根据纳维定律的剪切应力Tw通过如下表达式(1)给出：

Tw＝F_slip[v_slip-v_wall](1)

以及，当滑动速度为非线性时，剪切应力Tw通过如下表达式(2)给出：

Tw＝F_slip[v_slip-v_wall]|v_slip-v_wall|^eslip-1 (2)

其中，

″v_slip″为流体在壁面上沿平行于壁面的方向的速度，

″v_wall″为壁面的运动速度沿平行于壁面的方向的分量，

″F_slip″是用户定义的不变量，以及

″e_slip″是用户定义的不变量。

被设定为不变量″F_slip″的值对所涉及的流体来说是特定的，并且与引起滑动的容易度相关。通常，该值通过采用例如专利文献1中公开的装置的试验来确定。通过这类试验，测定在流体在其流动的空间的壁面上的剪切应力Tw、壁面上的滑动速度″v_slip″、以及壁面的运动速度″v_wall″。

然后，由此确定″F_slip″的值。

更具体地说，绘制双对数图，其中滑动速度″v_slip″被绘制在X轴上，剪切应力Tw被绘制在Y轴上，然后发现绘制点的幂近似曲线(power approximation curve)符合下式：

y＝a·x^b

″F_slip″和″e_slip″分别通过系数“a”和幂数“b”确定。

然后，壁面上的滑动速度(v_slip)通过如下表达式(3)获得：

v_slip＝v_wall+Tw/F_slip (3)

将获得的滑动速度(v_slip)提供给解算器，然后解算器根据其进行收敛计算以获得其解。

如果不变量″F_slip″的值较小或者剪切应力Tw的值异常，那么由表达式(3)获得并提供给解算器的滑动速度″v_slip″的值变得异常。于是，如果该滑动速度被导入到传统的流体模拟方法中，那么存在计算变得不稳定而使得迭代计算不收敛或发散的可能性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于模拟高粘度流体的计算机化方法，其中高粘度流体的流动计算变得稳定，并且可以精确地模拟高粘度流体的流动状态。

根据本发明，用于模拟具有壁的腔室中的高粘度流体的计算机化方法包括：

定义腔室的腔室模型的步骤，

定义流体的流体材料模型的步骤，以及

将流体材料模型设置在腔室模型中、并在预定条件下进行流动计算的步骤，

其中，

在流动计算中，就腔室模型的壁与流体材料模型接触的接触面来说，滑动速度″v_slip″通过如下表达式(a)定义，其中滑动速度″v_slip″为流体材料模型沿着与接触面平行的方向的速度：