Неизотермическое течение неньютоновских жидкостей в процессе нанесения жидких пленочных покрытий
Диссертация
Развитие современной химической промышленности приводит к необходимости учета конвективных течений, вызываемых градиентом сил поверхностного натяжения. В нормальных условиях эти течения проявляются в аппаратах, реализующих пленочный режим течения, а также в течениях, имеющих достаточно развитую поверхность межфазного контакта. К таким типам течений относятся течения, возникающие при покрытии… Читать ещё >
Содержание
- СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
- 1. Исследования процесса нанесения тонких пленок неньютоновских жидкостей на тонкий стержень
- 1. 1. Общие положения
- 1. 2. Анализ различных видов течений
- 1. 2. 1. Прямолинейное течение
- 1. 2. 2. Образование пленки при малом числе капиллярности. 17 1.3. Исследования нанесения жидких пленок на волокна
- 1. 3. 1. Изотермический случай
- 1. 3. 2. Неизотермический случай
- 1. 4. Неньютоновские жидкости
- 1. 5. Моделирование течений со свободной поверхностью
- 1. 6. Метод контрольного объема
- 1. 6. 1. Постановка задачи
- 1. 6. 2. Уравнения движения
- 1. 6. 3. Численный анализ
- 1. 6. 4. Получение дискретных аналогов
- 1. 6. 5. Граничные условия на свободной поверхности
- 1. 6. 6. Процедура решения
- 1. 7. Выводы
- 2. Математическая модель процесса нанесения пленочного покрытия упруговязкой жидкостью движущегося стержня
- 2. 1. Физическая постановка задачи
- 2. 2. Математическая формулировка
- 2. 3. Обезразмеривание уравнений
- 2. 4. Выводы
- 3. Результаты моделирования
- 3. 1. Постановка задачи
- 3. 2. Результаты моделирования
- 3. 3. Выводы
Список литературы
- Goucher FS, Ward Н. The thickness of liquid films formed on solid surfaces under dynamic condition. // Phil. Mag. 1922, v. 44, p. 1002−1014.
- Morey FC. Thickness of a film adhering to a surface slowly withdrawn from the liquid.// J. Res. Natl. Bur. Stand. 1940, v.25, p.385−93.
- Landau LD, Levich B. Dragging of a liquid by a moving plate. // Acta Physicochim. 1942, v. 17, p.42−54.
- Derjaguin В V. On the thickness of the liquid film adhering to the walls of a vessel after emptying. // Acta Physicochim. USSR 1943, v.20 p.349−52.
- Mysels K.J. Shinoda K, Frankel S. Soap Films. London: Pergamon Press, 1959.6., Mysels K.J. Cox M.C. An experimental test of Frankel’s law of film thickness.// J. Colloid Sci. 1962, v. 17 p. 136−45.
- Gatcombe EK. Lubrication characteristics of involutes spur gears. //Trans. ASME 1945, v.67, p. 177−88.
- Taylor G.I. Cavitation of a viscous fluid in narrow passages. // J. Fluid Mech. 1963, v.16, p.595- 619.
- Goucher F. S, Ward H. The thickness of liquid films formed on solid surfaces under dynamic condition. //Phil. Mag, 1922, v.44, p.1002−1014.
- White D. A, Tallmadge J. A A theory of withdrawal of cylinders from liquid baths. // AICh.E. Journal, 1966, v.12, p.333−339.
- Vaillant P. Sur un precede de mesure des grandes resistances polarisables et son application a la mesure de la resistance de bulles dans un liquide. // C. R. Acad. Sci. (Paris) 1913, v.156, p.307−310.
- Fairbrother F, Stubbs A. The «bubble-tube» method of measurement. J. Chem. Soc. 1935, v. l, p.527−529.
- Taylor G.I. Deposition of a viscous fluid on a plane surface. // J. Fluid Mech. 1960, v.9, p.218−224.
- Д4. Taylor G.I. Deposition of viscous fluid on the wall of a tube. // J. Fluid Mech. 1961, v.10, p.161- 165.
- Bretherton F.P. The motion of long bubbles in tubes. // J. Fluid Mech. 1961, v.10, p.166−188.
- Park CW, Homsy GM. Two-phase displacement in Hele-Shaw cells: theory. // J. Fluid Mech. 1984, v.139, p.291−308.16., Tabeling P, Libchaber A. Film draining and the Saffman-Taylor problem. // Phys. Rev. 1986, A 33, p.794−796.
- Ruschak KJ. Coating flows. // Annu. Rev. Fluid Mech. 1985, v. 17, p.6589.
- Higgins, D. 0. Coaling methods. In Encyclopedia of Polymer Science and Technology. New York: Wiley, 1965, v.3, p765- 807.
- Deryagin, В. M., Levi, S. M. Film Coating Theory. New York: Focal. 1964, 190 pp.
- Ruschak. К. I. The fluid mechanics of mutiny flows. Ph. D thesis. Univ. Minn. Minneapolis, 1974
- Ruschak. К. I. Limiting flow in a coating device. // Chem. Sci/, Sci. 1976, v.31, p.1057−1060.
- Wilson.S. D. R. The drag-oil problem in film coating theory. // J. V.m. Mulh. 1982, v. 16, p.209−221.
- Dussan, V. E. В., On the spreading of liquids on solid surfaces: static and dynamic contact angles. // Ann. Rev. Fluid Mech. 1979, v. l 1, p.371−400.
- Tallmadgc, 1. A. Ciuifmger, C. Entrainment of liquid films. // Int. Eng. Chem. 1967, v.59, p. 18−34.
- Moray. I. C. Thickness of a liquid film adhering to a surface slowly105 1withdrawn from the liquid. // J. Res. Natl. Bur. Stand, 1940, v.25, p.385−393. %t
- Ngamaramvaranggul V., Webster M.F., Simulation os coating flows with £Гslip effects, // Int. J. Num. Meth. Fluids, Sept, 1999, p. 1−34. f
- Matallah H., Townsend P., Webster M.F. Viscoelastic computations of >y polymeric wire-coating flows, // Int. J. Num. Meth. Fluids, 2001, p.1−37. j
- Baloch A., Matallah H., Ngamaramvaranggul V., Webster M.F. .н
- Simulation of Pressure- and Tube-tooling Wire-Coating Flows through? I
- T.S.Chung, the Effect of Melt Compressibility on a High-Speed Wire- «Coating process, // Polym. Eng. Sci., 1986, v.26. N.6, pp. 414.
- Tadmor, R. B, Bird, Rheological Analysis of Stabilizing forces in Wire-Coating Die, // Polym. Eng. 1974, Sci., v. 14, N.2, pp. 697−136,
- I.Mutlu and P. Townsend and M.F.Webster, Computation of Viscoelastic Cable Coating Flows, // Int.J.Num.Meth.Fluids, 1998, v. 26, pp. 697−712.
- В. Caswell and R.I.Tanner, Wire Coating Die Design Using Finite Element Methods, // J. Polym. Sci, 1978, V. 18, pp. 416−421.
- J. F.T. Pittman and K. Rashid, Numerical Analysis of High-Speed Wire Coating, Plast, // Rub. Proc. Appl., 1986, V. 6, P. 153.
- E. Mitsoulis, Finite Element Analysis of Wire Coating, Polym. // Eng. Sci, 1986, v.26, N.2, pp. 171−186.
- E. Mitsoulis and R. Wagner and F. L. Hang, Numerical Simulation of Wire-Coating Low-Density Polyethylene: Theory and Experiments, // Polym. Eng. Sci., 1988, v. 28, N. 5, pp.291−310.
- R. Wagner and E. Mitsoulis, Adv. // Polym. Tech., 1985, v. 5, p.305.
- H. Matallah and P. Townsend and M. F. Webster, Viscoelastic computations of Polymeric Wire -Coating Flows, // Int. J. Num. Meth. Heat
- Fluid Flow, accepted for publication 2001, available as CSR 13−2000, University of Wales, Swansea.
- C.D. Han and D. Rao, Studies on Wire Coating Extrusion. 1. The Rheology of Wire Coating Extrusion, // Polym. Eng. Sci., 1978, v. 18, N. 13, pp. 10 191 029.
- K.U. Haas and F. H. Skewis, SPE ANTEC Tech. Paper, 1974, v. 20, p. 8. 13.
- D.M. Binding and A.R. Blythe and S. Gunter and A.A. Mosquera and P. Townsend and M.F. Webster, Modelling Polymer Melt Flows in Wire Coating Processes,//J.Non-Newtonian Fluid Mech., 1996, v. 64, pp. 191−209.
- Mutlu and P. Townsend and M.F. Webster, Simulation of Cable-Coating Viscoelastic Flows with Coepled and Decoupled Schemes, // J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1998, v. 74, pp. 1−23.
- H. Matallah and P. Townsend and M.F. Webster, Viscoelastic Multi-Mode Simulations of Wire-Coating, // J. Non-Newtonian Fluid Mech., 2000, v. 90, pp.217−241.
- V. Ngamaramvaranggul and M.F. Webster, Simulation of Coatings Flows with Slip Effects- //Int. J. Num. Meth. Fluids, 2000, v. 33, pp. 961−99.
- V. Ngamaramvaranggul and M.F.Webster, Computation of Free Surface Flows with a Taylor-Gale kin/ Pressure-Correction Algorithm, // Int.J. Num. Meth. Fluids, 2000, v. 33, pp. 993−1026.
- V. Ngamaramvaranggul and M.F. Webster, Vscoelastic Simulation of Stick-Slip and Die-Swell Flows, // Int.J. Num. Meth. Fluids, 2001, v. 36, pp.539−595.
- A. Baloch, P.W. Grant, M.F. Webster, Homogeneous and heterogeneous distributed cluster processing for two and three-dimensional Viscoelastic flows, submitted to// Int. J. Num. Meth. Fluids, available as CSR 16−2000.
- N. Phan-Thien and R.I.Tanner New constitutive Equation Derived from Network Theory, // J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1977, v. 2, pp. 353−365.
- N. Phan-Thien A Non-linear Network Viscoelastic Model, // J. Rheol., 1978, v. 22, pp. 259−283.
- D. M. Hawken, H. R. Tamaddon-jahromi, P. Townsend, M.F.Webster, A Taylor Galerkin-based algorithm for viscous incompressible flow, // Int. J. Num. Meth. Fluid, 1990 v 10, pp 327−351.
- EO. A. Carew and P. Townsend. M. F. Webster/ A Taylor-Petrov-Galerkin Algorithm for Viscoelastic Flow, // J Non-Newtonian Fluid Mech., 1993, v. 50, pp.253−287.
- A. Baloch, P. Townsend, M.F. Webster, A Computer simulation of complex flows of fiber suspensions ,// Computers in Fluids 1995, v. 24(2), pp.135−151.
- H. Matallah, P. Townsend, M.F. Webster, On the highly elastic flow, //J. Newtonian Fluid Mech., 1998, v. 75, pp.139−166.
- H. Matallah, P. Townsend, M. F. Webster, Recovery and stress-splitting schemes for Viscoelastic flows, // J. Non-Newtonian Fluid Mech. 1998, v.75, pp.139−166.
- P.W. Grant, M.F. Webster and X. Zhang, Coarse Grain Parallel Simulation for Incompressible Flows, // Int. J. Num. Meth. Eng., 1998, v. 41, pp. 1321−37.
- S. Richardson, A «stick-slip» problem relatived to the motion of a free jet at low Reynolds numbers, // Proc. Camb. Phil. Soc., 1970, v. 67, pp. 477 489.
- M.J. Crochet, A. R. Davies and K. Walter, Numerical Simulation of Non-Newtonian Flow, Rheology Series 1, Elsevier Science Publishers, 1984.
- R.I. Tanner, Engineering Rheology, Oxford University Press, London, 1985.
- V. Ngamaramvaranggul, Numerical Simulation of Non-Newtonian Free Surface Flows, PhD thesis, University of Wales, Swansea 2000.
- H.D. Simon, Partitioning of unstructured problems for parallel processing, // Computer System in Engineering, 1991, v. 2, pp.135−148.
- R.T. Fenner and J.G. Williams.// Trans. J. Plastics Inst., 1967, p. 701−706,
- B. Caswell and R.I. Tanner. Wire coating die design using finite element methods.//Polymer Eng. Set, 1978, v.5: 416−421,
- E. Mitsoulis. 'Fluid flow and heat transfer in wire coating: A review'. Advances in Polymer Technology, 1986, v.4: 467−487,
- E. Mitsoulis, R. Wagner, and F.L. Heng. Numerical simulation of wire-coating low-density polyethylene: Theory and experiments.// Polymer Eng. Sci., 1988, v. o: 291 311.
- H.C. Huang, P. Townsend, and M.F. Webster. Numerical Grid Generation in Computational Fluid Dynamics and Related Fields. N.P. //Weatherill and P.R. Eiseman and J. Hauser and J.F. Thompson, Pinebridge Press, Swansea, 1994.
- D.M. Binding, A.R. Blythe, S. Gunter, A.A. Mosquera, P. Townsend, and M.F. Webster. Modelling polymer melt flows in wirecoating processes related fields. // J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1996, v. 64: 191 -206.
- S. Gunter, P. Townsend, and M.F. Webster. Simulation of some model Viscoelastic extensions flows.//Int. J. Num. Meth. Fluids, 1996, v. 3:91−710.
- I. Mutlu, P. Townsend, and M.F. Webster. Mathematics of finite elements and applications-highlights 1996. // ed. J.R. Whiteman, Wiley, Chichester, 1997, v.: 299−312.
- H.P.W. Baaijens. Evaluation of constitutive equations for polymer melts and solutions in complex flows. // PhD. Thesis, Eindhoven University of Technology, Netherlands, 1994.
- F.P.T. Baaijens, S.H.A. Selen, H.P.W. Baaijens, G.Wr.M. Peters,
- And H. E.H. Meijer. Viscoelastic flow past a confined cylinder of a LDPE melts. // Non-Newtonian Fluid Mech., 1997, v. 68:173−203.
- J. Azaiez, R. Guenette, and A. Ait-Kadi. Entry flow calculations using multi-mode models.// J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1996, v. 68: 271−281.
- M. Gupta, C.A. Hieber, and K.K. Wang. Viscoelastic modelling of entrance flow using multimode Leonov model.// Int. J. Numer. Meth. Fluids, 1997, v. 24:493−517.
- H. Matallah. Ph.D. Thesis.//University of Wales, Swansea, 1998.
- N. Phan-Thien and R.I. Tanner. A new constitutive equation derived from network theory.// J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1977, v. 2: 353−365.
- P. Saramito and J.M. Piau. Flow characteristics of Viscoelastic fluids in an abrupt contraction by using numerical modelling.// J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1994, v.52: 263- 288.
- H. Matallah, P. Townsend, and M.F. Webster. Recovery and stress-splitting schemes for Viscoelastic flows.// J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1998, v. 75:139−166.
- J.R.A. Pearson and S.M. Richardson. Computational Analysis of Polymer Processing.// Applied Science Publishers Ltd, London and New York, 1983.
- J.F.M. Schoonen, F.H.M. Swartjes, G.W.M. Peters, F.P.T. Baaijens, and H.E.H. Meyer. A 3D numerical/experimental study on a stagnation flow of a polyisobutylene solution., //Non-Newtonian Fluid Mech., 1998, v.79: 529−561.
- K. Walters, D.M. Binding, and R.E. Evans. Modelling the rheometric behaviour of 3 polyethylene melts.// Technical report, Institute of non-Newtonian Fluid Mechanics, University of Wales, Aberystwyth, and May 10, 1994.
- D.M. Binding. An approximate analysis for contraction and converging flows.// J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1988, v.21, pp. l73−189.
- L.M. Quinzani, G.H. Mckinley, R.A. Brown, and R.C. Armstrong. Modeling the rheol-ogy of polyisobutylene solutions.// J. Rheol, 1990, v. 34: 705−748.
- N. Phan-Thien. A non-linear network Viscoelastic model. // J. Rheol., 1978, v. 22:259−283.
- A. Arsac, C. Carrot, J. Guillet, and P. Revenu. Problems originating from the use of the Gordon-Schowalter derivative in the Johnson-Segalman and related models in various shear-flows situations.// J. Non-Newtonian Fluid Mech., 1994, 55:21−36.
- O.C. Zienkiewicz and J.Z. Zhu. Super convergence and the super convergent patch recovery. Finite Element in Analysis and Design, 1995, v. 19: 11−23.
- S. Gunter, M.F. Webster, and P. Townsend. BICC internal report. // Computer Science Department, University of Wales, Swansea, 1995.
- D.M. Hawken, H.R. Tamaddon-Jahromi, P. Townsend, and M.F. Webster. A Taylor-Galerkin based algorithm for viscous incompressible flow. II Int. J. Num. Meth. Fluids, 1990, v. 10: 327−351.
- F.N. Cogswell. Converging flow of polymer melts in extrusion dies. // Polymer Eng. Sci., 1972, v. 12:64−74.
- D.M. Binding. In: A.A. Collyer (Ed.), Techniques in Rheological Measurement. // Chapman and Hall, London, UK, Chap 1, 1993.
- D.M. Binding, M.A. Couch, and K. Walters. 'The pressure dependence of the shear and elongational properties of polymer melts. // J. of Non-Newtonian Fluid Mech., 1998, v. 79: 137−155.
- Hitt D.L., Smith M.K. Radiation-driven thermocapillary flows in optically thick liquid films, Physics Fluids A5, 1993, p.2624.
- Hu W.R., Imaisi N., Thermocapillary flow in a jet of liquid film painted in a moving boundary, Langmuir, 2000, v.16, p.4632.
- Doi M., Edwards S.F. The theory of polymer dynamics Clarendon press, Oxford, 1986
- Ryan Welsh. Viscoelastic free surface instability during exponential stretching, Thesis for Degree of Master of Science, Massachusetts Institute of Technology, 2001.
- Гаделыиина Г. А. Моделирование течений неньютоновских жидкостей на выходе из экструдера, Дис. канд. техн. наук. Казань, 1999. -126С.
- Гадельшина Г. А., Тазюков Ф. Х., Гарифуллин Ф. А. Моделирование течения обобщенной и вязкоэластичной жидкостей на выходе из экструдера //Деп. в ВИНИТИ № 480-В00 от 24.02.2000
- S.V. Patankar. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, // McGran-Hill.-New York. 1980.
- Папков С.П. Физико-химические основы переработки растворов полимеров.-М.:Химия, 1971, 364с.
- Чанг Дей Хан, Реология в процессах переработки полимеров, М.:1. Химия, 1979, -270 с.
- Нелюбин А.А. Моделирование процессов происходящих при экструзии неньютоновских жидкостей в условиях неизотермичности: Дис. канд. техн. наук. Казань, 2002, -120С.
- Кутузова Г. С. Численное моделирование течения упруговязких жидкостей во входном канале формующей головки экструдера: Дис. канд. техн. наук. Казань, 2001, -13 ОС.
- Малкин А .Я., Леонов А. И. Неустойчивое течение полимеров. // В. кн.: Успехи реологии полимеров. М.: Химия. — 1970. — с.98−117.
- Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров. Теория и методы рассчета. М.: Химия. 1972. — 456с.
- Фихман В.Д., Радушкевич Б. В., Виноградов Г. В. Реологические свойства полимеров на растяжении с постоянной скоростью деформации и с постоянной скоростью растяжения. //В кн.: Успехи реологии полимеров. М.: Химия. 1970. — с. 9−23.
- Радушкевич Б.В., Фихман В. Д., Виноградов Г. В. Вязкостные и релаксационные свойства полимеров в процессе растяжения.// В кн.: Успехи реологии полимеров. М.: Химия.- 1970.- с. 24−39.
- Лодж А.С. Эластичные жидкости. Введение в реологию конечно-деформируемых полимеров.- М.: Наука.- 1969.- 464с.
- Ферри Дж. Вязкоупругие свойства полимеров. М.: Изд-во иностр. лит.- 1963−535 с.
- Реологические свойства полимеров в текучем состоянии. Г. В. Виноградов, А. Я. Малкин, Ю. Г. Яновский, В. Ф. Шумский, Е. А. Дзюра.//Мех. полимеров.- 1969.- № 1.- с. 164−181.
- Реология полимеров. Температурно-инвариантная характеристика аномально-вязких систем. Г. В. Виноградов, А. Я. Малкин, Н. В. Прозоровская, В. А. Каргин. // Докл. АН СССР. 1963. — т. 150 — № 3. — с. 574−577.
- Леонов А. И. Малкин А.Я. Об эффекте нормальных напряжений в установившихся одномерных течениях расплавов полимеров. И Изв. АН СССР. сер.: Мех. жидкости и газа.- 1968.- 1 3.- с. 184−189.
- Вольфсон С.И., Насыбуллин P.P., Габдрашитов P.P. Получение, структура и свойства полимерных композиционных материалов, получаемых методом динамической вулканизации. Мех. композиционных материалов и конструкций. 1999, т.5,№ 4,с 17−32.
- Bird R.B., Armstrong R.C., Hassager О., Dynamics of Polymeric Liquids v. l Fluid Mechanics, 2nd Ed., John Wiley, New York, 1987.
- Тазюков Ф.Х. Влияние термокапиллярных течений на технологические процессы: Дис. докт. техн. наук. Казань, 2000, -265 С.