화학공학소재연구정보센터
HWAHAK KONGHAK, Vol.17, No.2, 99-108, April, 1979
비뉴톤성 유체의 공동충진에 관한 수치모사 연구
A Numerical Study of Unsteady non-Newtonian Fluid Flow into a Rectangular Cavity
초록
고분자가공시의 공공에서 흔히 볼 수 있는 비뉴톤성 유체의 유동현상을 해석하기 위한 일환으로서 power-law 모델로의 적용이 가능한 rigid PVC 용융체를 대상물질로 하여 직사각형 공동의 밑바닥에 있는 입구로부터 주입되는 비뉴톤성 유체의 시간경과에 따른 속도, 압력, 점도장의 변화를 MAC법을 이용한 수치실험적방법으로 계산하고, pathline으로부터 전달하는 자유표면의 모양을 관찰하였다. 주입되는 유체의 유속을 변화시키며 수치실험을 행한 결과 고점성유체의 유동에서는 유속변화에 따른 자유표면의 모양변화는 심하지 않았으며, 확장되는 입구에서 수평방향의 압력분포를 균일하게 가정하던 종래의 연구결과들이 수정되어야 함을 알았다. 이와 아울러 고점성유체의 수치실험에서 야기되는 안정성문제의 해결에 DuFort-Frankel의 차분법이 대단히 효과적이며, 의 표시입자의 도입이 자유경제면문제의 해결에 매우 유용함을 입증하였다.
Unsteady free surface flow phenomena of a non-Newtonian fluid in a two-dimensional rectangular cavity are studied by numerically solving equations of continuity and momentum using the power-law fluid model. The marker and cell method and the DuFont-Frankel finite difference approximation are utilized in the present numerical experiment. The iniial condition is simply that the cavity is empty. A no slip boundary condition is applied at the walls, while at the free surface zero tangential stress is assumed. Physical properties of rigid PVC melt are used and computations are carried out for two different average inlet velocities. The numerical stability problem associated with high viscosity flows can be overcome by the use of the DuFont-Frankel finite difference method. The calculated results provide not only pressure and viscosity field but also a visual observation of the flow pattern by means of marker particles.