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例題２３_溶融樹脂のシアシニング
本例題について
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溶融樹脂のシアシニング現象（Shear Thining: せん断速度の増加と共に粘度が減少する現象）を非ニュートン流体の粘度を設定することにより再現します。
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動粘性係数フィールドを確認することでシアシニングの発生を確認できます。
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表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
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プロジェクトファイルを取得（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
2次元 |
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モデル単位 |
mm |
解析条件
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項目 |
条件 |
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流体解析[Bernoulli] |
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解析の種類 |
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層流/乱流 |
層流をチェック |
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メッシュ設定 |
標準メッシュサイズ:1[mm] |
非ニュートン流体の解析は層流にのみ対応しているため、層流を指定します。
モデル図
ベンチュリー管を模擬したシートボディを定義し、LDPE（Low Density PolyEthylene）材料を設定します。また、左側の辺に流入、右側の辺に流出の境界条件を設定しています。
境界条件を設定していない上下の辺には、外部境界条件として、固体壁が自動的に設定されます。
ベンチュリー形状は下記のモデル図のように設定しています。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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0/Solid |
flow_path |
LDPE |
【粘度タブ】
・粘度タブではべき乗則にて、せん断速度-LDPE粘度の関係からフィッティングしたパラメータを入力済みです。（参照：粘度タブ）
・実際にフィッティングに使用したせん断速度-LDPE粘度の関係を「せん断速度-粘度テーブル入力」のテーブルに入力しています。現実の測定結果よりかなり間引いていますのでご留意ください。
・回転粘度計（レオメータ）測定結果をそのまま用いる場合は対数フィッティング、今回のように間引いたデータを用いる場合は線形フィットを推奨します。
・今回のデータにおいては、一度対数フィッティングをした後、線形フィット、対数フィットにて一度ずつ再計算したべき乗則フィッティングパラメータを用いています。
【粘度タブ以外】
・固体/流体タブで液体を設定します。
・融点以上のLDPEの密度は0.92-0.94g/cm3前後といわれているため、密度タブでは0.93g/cm3を設定します。
境界条件
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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Inlet/Edge |
流体 |
流入 |
強制流入 |
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Outlet/Face |
流体 |
流出 |
自然流出 |
解析結果
流速分布の解析結果を示します。
ベンチュリー管の絞り部（中心部）の入口、出口付近で流速が大きく変化していることがわかります。
粘性係数の解析結果を示します。コンター表示は最大を200Pa・sに変更しています。(コンターの最大値を0.2kと入力ください)
ベンチュリー管の絞り部（中心部）の入口、出口付近の粘度が周囲と比較して小さくなっていることがわかります。
これは、速度変化が激しい領域でせん断速度が大きくなるため、擬塑性流体である溶融LDPEの粘度が小さくなること（シアシニング）によるものです。
同様に、壁面付近、特に絞り部の壁面はせん断速度が非常に大きく、粘性係数は非常に小さな値になっています。
ダイラタント流体では粘度は逆の傾向となり、せん断速度が大きい箇所で粘度が大きくなります。（シアシックニング）