POLYFLOW是采用有限元法的floefd軟件，專用于粘彈性材料的流動模擬。它適用于塑料、樹脂等高分子材料的擠出成型、吹塑成型、拉絲、層流混合、涂層過程中的流動及傳熱和化學(xué)反應(yīng)問題。另外也可用于模擬聚合物問題的流動方面始終領(lǐng)先于其他軟件。
軟件簡介
發(fā)展歷程
POLYFLOW軟件1982年由比利時的Louvain大學(xué)開發(fā)，1988年P(guān)OLYFLOW公司成立，1997年該公司被世界著名的流體分析軟件公司FLUENT公司收購。
結(jié)構(gòu)組成
POLYFLOW的前處理模塊gambit是目前CFD分析中最好的前置處理器，它包括先進(jìn)的幾何建模和網(wǎng)格劃分方法。借助功能靈活，有完全集成的和易于操作的界面，GAMBIT可以顯著減少cFD應(yīng)用中的前置處理時間。復(fù)雜的模型可直接用
GAMBIT
結(jié)構(gòu)
。高度自動化的網(wǎng)格生成工具保證了最佳的網(wǎng)格生成，如結(jié)構(gòu)化的、非結(jié)構(gòu)化的、多塊的或混合網(wǎng)格。
其后處理模塊FIELDvlEw功能強(qiáng)大，可以直觀地得到壓力分布、速度分布、黏度分布和剪切速率分布等可視化的結(jié)果。
軟件功能
POLYFLOW是采用有限元法，主要針對豁性和勃彈性的流體進(jìn)行流動問題模擬的floefd軟件，其基本的程序結(jié)構(gòu)如圖1一12所示。作為fluent的一個組件，它具有強(qiáng)大的解決非牛頓流體及非線性問題的能力，且具有多種流動模型，可以解決聚合物、食品、玻璃等加工過程中遇到的多種等溫/非等溫、二維/三維、穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)的流動問題，可以用于聚合物的擠出、吹塑、拉絲、層流混合、涂層過程中的流動、傳熱和化學(xué)反應(yīng)問題。
一一建立幾何體其他CAD、、、其他材料數(shù)
一一生成2D、3D網(wǎng)格格CAE軟件數(shù)據(jù)庫
一一導(dǎo)入網(wǎng)格一材料參數(shù)
一一物理模型
一一材料參數(shù)
一一邊界條件
其他CAD、、、POLYFLOW POLYSTATTT
CCC習(xí)軟件一計算一混合任務(wù)的數(shù)據(jù)后處理
后處理軟件
軟件特點(diǎn)
POLYFLOW軟件具有以下特點(diǎn)：
● 主要包括幾個模塊：POLYFLOW；POLYDATA POLYSTAT，它們由一個主控程序POLYMAN來執(zhí)行。
● 具有多種多樣的粘性模型、內(nèi)容豐富的粘彈性材料庫，這個數(shù)據(jù)庫每年都在不斷地進(jìn)行更新。
● 在模擬復(fù)雜的流變特性流體或者粘彈性流體的時候，主要具有三種模型：廣義牛頓模型；屈服應(yīng)力模型；粘彈性模型（擁有多種可擴(kuò)展的特性）。
● 所采用的變形網(wǎng)格、接觸算法、以及網(wǎng)格重疊技術(shù)，保證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
● 與gambit、IDEAE、PATPAN都具有數(shù)據(jù)接口，可以使用他們生成的網(wǎng)格，并且POLYFLOW內(nèi)部嵌套GAMBIT軟件。支持多種類型的網(wǎng)格，如四面體、五面體、六面體、三角形、四邊形，組合網(wǎng)格等。
● 吹塑過程中的殼體模型大大減少了工程師的工作量，只需要通過簡單地設(shè)定、計算，就可以得到吹塑以后各個部位的厚度、剪切應(yīng)力、溫度等在吹塑過程中的重要指標(biāo)參數(shù)。
● 在計算擠出過程中的材料混合問題時，使用自由面的方法，多種的自由面類型為模擬多種類型的擠出混合問題建立了良好的基礎(chǔ)。
● 可以用來模擬玻璃熔爐中的電加熱問題，并且可以將過程中的導(dǎo)電率定義為溫度的函數(shù)。
軟件主要分析步驟
采用POLYFLOW進(jìn)行分析模擬時的主要過程如下:
有限元網(wǎng)格的生成
POLYFLOW所需要建立的有限元網(wǎng)格通常利用其前處理器GAMBIT來建立。對于幾何形狀簡單的模型可以直接在gambit中建立其幾何模型并對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對于幾何形狀復(fù)雜的模型可以先用CAD建模軟件(如SolidWorks、PRO一E等)來建立幾何模型，然后將其存為一定格式的文件(如IGES文件)，最后將其導(dǎo)入GAMBIT中對其進(jìn)行修改和網(wǎng)格劃分。
分析任務(wù)的建立
劃分模型網(wǎng)格后，將其存為mesh文件，并導(dǎo)入POLYDATA中，在POLYDATA中設(shè)置分析任務(wù)的物理模型、材料特性和邊界條件等。
a.任務(wù)的選擇
在POLYDATA中進(jìn)行任務(wù)的選擇，包括：任務(wù)性質(zhì)的選擇、幾何模型的選擇和模擬類型的選擇。其中，任務(wù)的性質(zhì)包括有限元任務(wù)和混合任務(wù)。混合任務(wù)主要用來分析流體軌跡，對流動進(jìn)行統(tǒng)計分析。除了混合任務(wù)其余都可以選擇為有限元任務(wù)。幾何模型的類型包括二維平面對稱模型(在二維笛卡爾坐標(biāo)系下描述二維速度場)、二維軸對稱模型(在二維柱坐標(biāo)系下描述二維速度場)、準(zhǔn)三維平面對稱模型(在二維笛卡爾坐標(biāo)系下描述三維速度流場)、準(zhǔn)三維軸對稱模型(在二維柱坐標(biāo)系下描述三維速度場)和三維幾何模型。模擬的類型包括穩(wěn)定狀態(tài)、時間依賴和漸變的模型。漸變模型是應(yīng)用于由于流動參數(shù)導(dǎo)致非線性而存在收斂問題的模型，它通過一種連續(xù)設(shè)置功能使得流動參數(shù)從一個初值向滿意值逐漸接近。
b.子任務(wù)的選擇
在POLYDATA進(jìn)行子任務(wù)的選擇，包括子任務(wù)模型的選擇、子任務(wù)區(qū)域的選定、材料參數(shù)的設(shè)定、邊界條件的設(shè)置、重新生成網(wǎng)格設(shè)置等。POLYDATA中可用的子任務(wù)模型包括：廣義牛頓流動問題、達(dá)西流動問題(多孔介質(zhì))、熱傳導(dǎo)問題和豁彈性流動問題。根據(jù)相應(yīng)的流體和需要解決的問題，選擇相應(yīng)的模型。
為了能夠?qū)ψ杂杀砻婧涂谀；瑒颖诿娣謩e應(yīng)用重新生成網(wǎng)格技術(shù)，以實現(xiàn)對口模形狀的精確描述，可以將計算區(qū)域分成兩個子區(qū)域，即口模外存在自由表面的擠出物區(qū)域和口模內(nèi)存在滑動壁面的流體區(qū)域。
材料參數(shù)常用的選項包括：豁度對剪切速率的依賴關(guān)系、乳度對溫度的依賴關(guān)系、多孔介質(zhì)和流動豁度、導(dǎo)數(shù)豁彈性模型、積分勃彈性模型、密度、慣性項、熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)、單位質(zhì)量熱容、豁性發(fā)熱、重力和平均溫度等。
常用的邊界類型包括：接觸面、施加法向速度和切向速度、施加法向力和切向力、施加法向力和切向速度、施加法向速度和切向力、滑動邊界、對稱面、入口流動、出口流動、自由表面、施加體積力、施加勒內(nèi)·笛卡爾速度等。
重新生成網(wǎng)格技術(shù)適用于存在自由表面或移動界面的問題，網(wǎng)格的一部分會因為自由表面或移動界面位置的變化而受到影響。這項技術(shù)的功能是根據(jù)邊界各點(diǎn)位置的變化重新定義內(nèi)部的點(diǎn)。POLYFLOW中常用的生成網(wǎng)格技術(shù)包括:Thompson轉(zhuǎn)換法(適用于二維和三維流動問題)、Spines法(適用于擠出、注射等問題)、Euclidian法(適用于二維流動)、薄殼法(適用于吹塑和熱成型)以及優(yōu)化網(wǎng)格(適用于三維擠出問題)等。
完成以上各項設(shè)置后，保存退出，生成解決問題所需DAI’A文件。
問題的求解
運(yùn)行POLYFLOw對所設(shè)置的問題進(jìn)行求解，并察看分析過程的列表文件，確定分析是否收斂和達(dá)到預(yù)定的精度要求。若不收斂或未達(dá)到預(yù)定的精度要求，分析其原因，同時可以參考專家系統(tǒng)所提建議，重新打開DATA文件對所定義的問題進(jìn)行修改，然后再次運(yùn)行POLYFLOW進(jìn)行求解。
察看分析結(jié)果
分析成功后，運(yùn)行FIELDVIEW，查看分析結(jié)果。
(4)POLYFLOW在混煉設(shè)備中的應(yīng)用簡介
POLYFLOW在混煉設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。像其它流體分析軟件一樣，對于等溫問題，它可以模擬聚合物熔體在混煉設(shè)備流道中的速度場、壓力場、剪切速率和薪度等。對于非等溫問題，除了以上功能外，它還能模擬聚合物熔體在混煉設(shè)備流道中的溫度場、聚合物熔體與混煉設(shè)備流道之間的熱傳遞等。
參考資料 >