我室李良彬研究院和博士生田富成等采用自主开发的非牛顿流体有限元求解器研究了薄膜流延过程中的拉伸共振流动不稳定。相关的工作发表于近期的Journal of Rheology期刊上。
薄膜流延是一种工业上常用的生产聚合物薄膜的方法。研究该工程的流动不稳定性，建立稳定的加工窗口对工业生产具有重要的指导意义。以往关于拉伸共振的研究主要集中在稳态方面，非稳态的稳定性分析较少，而且大多采用简单的粘弹性本构方程，如UCM模型，无法真实的预测流动稳定性。另外，由于高韦森博格数（HWNP）问题的限制, 以往的计算所能达到的德博拉数都比较低。在我们的工作中，我们采用了先进的DEVSS和SUPG 算法，极大的提升了算法的稳定性，同时采用更加精确的PTT本构方程对薄膜流延过程中的不稳定性进行了分析。
我们的模拟结果表明，提高流延的挤出速率和增加松弛时间具有等效性，即德博拉数增加可以提高拉伸硬化流体的稳定性，降低拉伸软化流体的稳定性。提高热交换系数，总会提高流动的稳定性，这些最终都归因于拉伸黏度的变化 如下图所示。增加拉伸黏度提高临界拉伸比，提高流动稳定性。另外，形状因子对稳定性的影响并非过去文献报道的只有一个极大值。令人意外的，有两个临界稳定性的峰值在我们的模拟中被发现。这可以通过不同流动状态的比例得到合理的解释。
以上研究工作得到国家自然科学基金等基金的资助。
(a).拉伸比为25.8时的应变速率分布云图，(b).对应的拉伸粘度变化
URL: https://sor.scitation.org/doi/abs/10.1122/1.5009198