شبیه‌سازی عددی و بررسی تجربی اختلاط سیالات پلیمری در اکسترودر دوپیچی بر اساس امتزاج‌پذیری اجزای آمیخته

فرضیه: شکل‌شناسی آمیخته‌های پلیمری، اثر شایان توجهی بر خواص نهایی آمیخته دارد. تلاش‌های بسیاری برای شبیه‌سازی تغییرات شکل‌شناسی با استفاده از چند مدل ریاضی و شبیه‌سازی‌های عددی انجام شده است. در این مطالعه، اختلاط سیالات غیرنیوتنی، با استفاده از مدل رئولوژی قانون توانی، در اکسترودر دوپیچی به‌صورت سه‌بعدی شبیه‌سازی شده است. برای شبیه‌سازی از روش نشانگر و سلول اصلاح‌شده استفاده شد. در اصلاح روش نشانگر و سلول برای شبیه‌سازی جریان سیالات پلیمری از قانون توانی برای تعمیم معادلات سرعت به سیالات غیرنیوتنی و از تنش بین‌سطحی و نسبت گرانروی‌ها برای واردکردن اثر پارامتر امتزاج‌پذیری استفاده شد.روش‌ها: در این روش، معادلات اندازه حرکت حل و سپس با استفاده از روش حجم محدود گسسته‌سازی شد. معادلات جبری خطی هم‌زمان برای تمام نقاط شبکه حل شد و ضرایب مربوط به هر نقطه شبکه به‌دست آمد. سپس با واردکردن پارامترهای رئولوژی و تنش بین‌سطحی مربوط به جفت پلیمرهای مدنظر، مقادیر سرعت در سه‌بعد برای هر حجم کنترل، با استفاده از مدل رئولوژی توانی، به‌دست‌آمد و با درنظرگرفتن بازه‌های زمانی مناسب و مکان اولیه دو فاز، حرکت ذرات دو فاز ردیابی شد. از ضرایب زیرآسایش در برنامه رایانه‌ای برای سرعت‌ها در سه‌بعد و همگرایی سریع‌تر استفاده شد. هندسه پیچ‌ها در اکسترودر دوپیچی با استفاده از فرض فضای موهومی ایجاد شد.یافته‌ها: اختلاط دو فاز با طراحی و ساخت اکسترودر دوپیچی با دیواره شیشه‌ای و تصویربرداری از مراحل اختلاط به‌صورت دیداری بررسی شد. تصاویر تجربی با نتایج شبیه‌سازی مقایسه شدند. بین نتایج شبیه‌سازی عددی و تصاویر تجربی مطابقت بسیار خوبی در سیالات امتزاج‌پذیر و امتزاج‌ناپذیر دیده شد. بررسی سطح جدایی در تصاویر نظری و تجربی نیز این انطباق را تأیید کرد. بنابراین روش نشانگر و سلول اصلاح‌شده ابزار خوبی برای شبیه‌سازی اختلاط آمیخته‌های‌ پلیمری است.