شبیه سازی عددی و بررسی تجربی اختلاط سیالات پلیمری در اکسترودر دوپیچی بر اساس امتزاج پذیری اجزای آمیخته

شکل شناسی آمیخته های پلیمری، اثر شایان توجهی بر خواص نهایی آمیخته دارد. تلاش های بسیاری برای شبیه سازی تغییرات شکل شناسی با استفاده از چند مدل ریاضی و شبیه سازی های عددی انجام شده است. در این مطالعه، اختلاط سیالات غیرنیوتنی، با استفاده از مدل رئولوژی قانون توانی، در اکسترودر دوپیچی به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی از روش نشانگر و سلول اصلاح شده استفاده شد. در اصلاح روش نشانگر و سلول برای شبیه سازی جریان سیالات پلیمری از قانون توانی برای تعمیم معادلات سرعت به سیالات غیرنیوتنی و از تنش بین سطحی و نسبت گرانروی ها برای واردکردن اثر پارامتر امتزاج پذیری استفاده شد. در این روش، معادلات اندازه حرکت حل و سپس با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی شد. معادلات جبری خطی هم زمان برای تمام نقاط شبکه حل شد و ضرایب مربوط به هر نقطه شبکه به دست آمد. سپس با واردکردن پارامترهای رئولوژی و تنش بین سطحی مربوط به جفت پلیمرهای مدنظر، مقادیر سرعت در سه بعد برای هر حجم کنترل، با استفاده از مدل رئولوژی توانی، به دست آمد و با درنظرگرفتن بازه های زمانی مناسب و مکان اولیه دو فاز، حرکت ذرات دو فاز ردیابی شد. از ضرایب زیرآسایش در برنامه رایانه ای برای سرعت ها در سه بعد و همگرایی سریع تر استفاده شد. هندسه پیچ ها در اکسترودر دوپیچی با استفاده از فرض فضای موهومی ایجاد شد. اختلاط دو فاز با طراحی و ساخت اکسترودر دوپیچی با دیواره شیشه ای و تصویربرداری از مراحل اختلاط به صورت دیداری بررسی شد. تصاویر تجربی با نتایج شبیه سازی مقایسه شدند. بین نتایج شبیه سازی عددی و تصاویر تجربی مطابقت بسیار خوبی در سیالات امتزاج پذیر و امتزاج ناپذیر دیده شد. بررسی سطح جدایی در تصاویر نظری و تجربی نیز این انطباق را تایید کرد. بنابراین روش نشانگر و سلول اصلاح شده ابزار خوبی برای شبیه سازی اختلاط آمیخته های پلیمری است.