定义悬浮液的液相和颗粒相

颗粒相由密度为 1182 kg-m−3 的聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 球形颗粒组成。液相是与颗粒具有相同密度并且动力粘度为 4.95 Pa-s 的牛顿四溴乙烷/油混合物。

Morris 和 Boulay 模型 [976] 用于指定混合物的粘度。此模型不仅考虑了纯剪切粘度,还考虑了法向应力效应,法向应力效应会导致剪切流中发生剪切感应颗粒迁移。有关更多信息,请参见 Morris 和 Boulay 模型

要定义这些相:

  1. 创建流体相。
    指定液相的密度和动力粘度。
    1. 悬浮液连续体中,右键单击模型 > 多相 > 节点并创建一个新相。
    2. 相 1 节点重命名为 Oil(油)
    3. 对于 Oil(油) 相,选择下列模型:

      组合框

      模型

      启用模型

      层流(预先选择)

      流体(预选)

      材料

      液体

      连续液体流变学(自动选择)

      状态方程

      恒密度

    4. 单击关闭
    5. 编辑 > > 模型 > 液体 > H2O > 材料属性节点,然后设置以下属性:
      节点 属性 设置
      密度 > 常数 1182 kg/m^3
      动力粘度 > 常数 4.95 Pa-s
  2. 创建颗粒相
    指定颗粒相的密度。默认颗粒直径 0.001 m 适用于此模拟。
    1. 创建第二个相,并将其重命名为 Particles(颗粒)
    2. 对于 Particles(颗粒) 相,选择下列模型:

      组合框

      模型

      启用模型

      层流(预先选择)

      流体(预选)

      材料

      颗粒

      固体颗粒流变学(自动选择)

      状态方程

      恒密度(自动选择)

    3. 单击关闭
    4. 选择 > 颗粒 > 模型 > 颗粒 > Al > 材料属性 > 密度 > 常数节点,并将设为 1182 kg/m^3
当颗粒相接近最大填充时,法向应力往往会排斥粒子,这可能会进一步阻碍颗粒迁移。如果增大最大填充分数 ϕm ,使其介于 0.68 到 0.72 之间,模拟可以生成更好的结果。增大 ϕm 不一定不实际:实验研究表明由于悬浮液中的颗粒会遇到强剪切流,因此,它们可以排列为行,这些行具有六边形严密填充 [977],六边形严密填充会使流变学中的 ϕm 增大 [973]
  1. 编辑 > 颗粒 > 模型 > 固体颗粒流变学节点,然后将最大固体分数设为 0.68
  2. 选择模型 > 多相 > 混合物 > 材料属性节点,然后设置下列属性:
    节点 属性 设置
    法向相对粘度 方法 Morris 和 Boulay 模型
    相对粘度 方法 Morris 和 Boulay 模型


    相对(剪切)和法向相对粘度不能超过最大粘度 10000。

    如果悬浮液接近最大填充并开始堵塞,粘度将趋于无穷大。“最大粘度”是一个数值限制,帮助使模拟保持稳定。

    对于剪切接触效应,接触效应的默认值为 K s = 0.1(相对粘度,请参见 Eqn. (5253));对于法向接触效应,为 K n = 0.75(法向相对粘度,请参见 Eqn. (5254))。

  3. 保存模拟。