Strömungssimulation mit einem Nicht-Newtonischen Fluid

Unser Kunde, ein Entwicklungsingenieur in einem Zulieferbetrieb, hatte die Aufgabe, ein Teil eines kunststoff-Extruders zu optimieren. Ihm war wichtig, die gleichmäßige Mischung der Komponenten und eine homogene Temperaturverteilung auf einer kurzen Strecke zu erreichen.

Da COMSOL Multiphysics für diese Aufgabe sehr gut geeignet ist, wurde das Modell in diesem Programm implementiert. Eine wichtige Eigenschaft von Kunststoffströmungen ist, dass sie nicht dem Newtonischen Gesetz gehorchen, d.h. die Viskosität hängt von der Fließgeschwindigkeit ab. Hier in diesem Beispiel ist das klassische Carreau-Modell implementiert.

Eine große Herausforderung bestand darin, gute Schätzwerte für die Parameter zu finden. Während dies bei einem großen Projekt typischerweise umfangreiche Messungen erfordert, konnte dies in diesem pragmatisch orientierten Projekt nicht geleistet werden.

Unsere Lösung bestand darin, für alle Bereiche einen physikalisch plausiblen Bereich zu definieren. Daraus ergibt sich eine große, aber endliche Anzahl an Berechnungen.

Diese konnten wir in COMSOL automatisch durchrechnen lassen, so dass sich für die Zielvariablen ein physikalisch plausibler Lösungsraum ergab.

Wir konnten so nachweisen, dass trotz der großen Unsicherheit in einzelnen Parametern die praktisch relevanten Zielwerte innerhalb eines relativ engen Fensters liegen. Damit konnte unser Kunde sein Bauteil mit einem guten Gefühl fertig konstruieren und zum richtigen Zeitpunkt funktionsfähig der Produktion bereitstellen.

Nicht-Newtonsches_Fluid_Geschwindigkeit_mit_Vektor_Legende