화학공학소재연구정보센터
홈 로그인 로그아웃 연락처 사이트맵
Korean Journal of Rheology, Vol.6, No.1, 30-40, June, 1994
Export Citation
수렴관 유변측정기에서 K-BKZ 적분형 구성식을 사용한 M1 유체의 신장점도에 관한 연구
A Study of Extensional Viscosity of Fluid Ml in Converging Channel Rheometer Using K-BKZ Integral Constitutive Equation
박헌진, 김동희, 이기준
초록
고분자 물질의 신장점도(伸長粘度)를 측정하기 위하여 설계된 수렴관을 지나는 시험 유체 Ml에 대하여 유한요소 방법으로 수치모사를 수행하였다. 구성방정식은 세 개의 이완시간을 가진 적분형 K-BKZ 모형을 사용하였다. 신장변형이 지배적이고 변형속도가 매우 큰 흐름에 대하여 실험적 방법으로 측정이 가능한 범위까지 수치모사를 수행하였다. 두 개의 압력 측정꼭지 사이의 벽면 압력차에 대하여 압력 신호로 측정한 실험값을 수치모사결과와 비교하였다. 겉보기 전단속도가 매우 큰 300s-1에 이르는 높은 유속의 전 실험범위에 대하여 안정된 수치해를 얻을 수 있었다. 30℃에서는 모든 실험 범위의 유속에서 압력차에 대한 수치모사 결과가 실험값과 잘 일치했다. 21℃에서는 0.1×10-3 m3/s보다 낮은 유속범위에서 실험값과 일치하는 결과를 얻었으나, 그보다 높은 유속에서 실험값과 다른 경향의 결과를 얻었다. 이것은 낮은 온도 높은 유속 조건에서 Ml 유체의 성질이 불안정하고, 또한 그러한 조건의 실험에서 발생한 압력 측정꼭지 부근의 기포들이 정확한 압력측정에 영향을 끼쳤기 때문이다. 수치모사 결과로부터 얻은 압력과 응력분포로부터 수렴관 유변측정기의 유동특성을 밝힐 수 있었다. 이는 실험적 방법을 통해서는 얻기 어려운 결과들로서 중요한 의미를 가진다. 특별한 모앙을 갖도록 설계된 수렴관을 통과하는 Ml 유체가 중심부근에서 일정한 신장변형속도로 변형됨을 확인할 수 있었으며, 수직응력은 지수적으로 증가하다가 축소부분을 지난 후 매우 서서히 감소하였다. 수치모사로부터 얻은 Ml 유체의 신장점도를 실험결과와 비교하였다. 정상상태값에 접근한 신장점도를 얻기 위하여 신장변형속도가 일정한 구역이 두 배로 확장된 수렴관이 수치적으로 다루어졌고, 이를 통하여 기존의 수렴관에서 구한 값보다 큰 신장점도를 얻을 수 있었다.
Numerical simulation has been undertaken for the flow of test fluid Ml passing through the converging channel system designed to measure the extensional viscosity of polymeric liquids. The constitutive equation is an integral-type K-BKZ model with three relaxation times. The simulations have been performed for the full range of experimental measurements in the system where the extensional deformation is dominant and the deformation-rates are very high. Stable solutions have been obtained for the whole experimental range even though the apparent shear rates reach 1300s-1. Results of the simulations concerning wall pressure difference between two pressure taps are compared with the experimental data measured from the pressure signals. The simulations are in good agreement with the experiments for the low range of flow rates at 21℃ and for all flow rate at 30℃. The discrepancies at high flow rates of 21℃ is apparently due to the appearance of a stationary bubble in the experiments that may have altered the pressure measurements and the instability of fluid M1. The pressure and stress distributions from the simulations show the flow characteristics of the converging channel system, which are difficult to verify by using experimental methods.
Keywords:Extensional viscosity;converginging channel rheometer;fluid M1;integral constitutive equation.
  1. James DF, Chandler GM, Armour SJ, J. Non-Newton. Fluid Mech., 35, 421 (1990) 
  2. J. Non-Newton. Fluid Mech., Special Issue on Chamonix Conference, 3, 1 (1988) 
  3. Marchal JM, Crochet MJ, J. Non-Newton. Fluid Mech., 26, 77 (1987) 
  4. Dealy JM, J. Rheol., 28, 181 (1984) 
  5. Park HJ, Kim D, Lee KJ, Mitsoulis E, J. Non-Newton. Fluid Mech., submitted (1993)
  6. Papanastasiou AC, Scriven LE, Macosko CW, J. Rheol., 27, 387 (1983) 
  7. Luo XL, Tanner RI, J. Non-Newton. Fluid Mech., 22, 61 (1986) 
  8. Dupont S, Crochet MJ, J. Non-Newton. Fluid Mech., 29, 81 (1988) 
  9. Luo XL, Mitsoulis E, J. Rheol., 33, 1307 (1989) 
  10. Luo XL, Mitsoulis E, J. Rheol., 34, 309 (1990) 
  11. Chai MS, Yeow YL, J. Non-Newton. Fluid Mech., 35, 459 (1990) 
  12. Park HJ, Mitsoulis E, J. Non-Newton. Fluid Mech., 42, 1 (1992) 
  13. Luo XL, Tanner RI, Int. J. Numer. Methods Eng., 25, 9 (1988) 
  14. Luo XL, Mitsoulis E, Int. J. Numer. Methods Eng., 11, 1015 (1990)
  15. Chirinos ML, Craln P, Lodge AS, Schrag JL, Yaritz J, J. Non-Newton. Fluid Mech., 35, 105 (1990) 
  16. Binging DM, James DM, Walters K, J. Non-Newton. Fluid Mech., 35, 121 (1990) 
  17. Hudson NE, Ferguson J, J. Non-Newton. Fluid Mech., 35, 159 (1990) 
  18. James DF, Chandler GM, Armour SJ, J. Non-Newton. Fluid Mech., 35, 445 (1990) 
  19. McKinley GH, Raiford WP, Brown RA, Armstrong RC, J. Fluid Mech., 223, 411 (1991)