Universidade do Minho
Viscoelastic fluids in profile extrusion: relevance and characterization
Abstract
dc:description.abstractA extrusão de perfis termoplásticos é uma técnica de fabrico contínua essencialmente empregue na produção de produtos de seção transversal constante. O projeto de cabeças de extrusão requer uma modelação realista do escoamento que ocorre no seu canal de fluxo e, portanto, necessita de uma caracterização reológica rigorosa do polímero fundido. A presente tese de doutoramento foca-se em dois assuntos, nomeadamente: (i) os efeitos da viscoelasticidade no escoamento confinado que ocorre no canal de fluxo da cabeça de extrusão, e (ii) os efeitos de erros (dimensões das amostras e temperatura) que ocorrem comummente em de testes de reometria extensional uniaxial realizados com a plataforma Sentmanat (SER), com fluidos inelásticos e fluidos viscoelásticos. Os estudos computacionais foram realizados recorrendo à biblioteca computacional OpenFOAM. Relativamente ao primeiro assunto, inicialmente é implementado um sistema de cálculo computacional, e os resultados obtidos com modelos inelástico e viscoelástico são comparados. Para permitir uma comparação adequada dos modelos, primeiramente os comportamentos linear e não linear do material são caracterizados experimentalmente, e os dados obtidos ajustados com um modelo viscoelástico de Giesekus. Em seguida, este modelo é usado para gerar a curva de fluxo (viscosidade de corte versus taxa de corte), e os dados gerados são ajustados, com um código desenvolvido para o efeito, a um modelo inelástico de Bird Carreau. Subsequentemente, os modelos constitutivos viscoelástico e inelástico equivalente são empregues na modelação do escoamento numa cabeça de extrusão de perfil, para aferir o efeito do modelo utilizado na queda de pressão e na distribuição do escoamento previstas. Os resultados obtidos demonstram que a viscoelasticidade desempenha um papel significativo tanto na distribuição do fluxo quanto na queda de pressão, pelo que, idealmente, deveria ser considerada no projeto de cabeças de extrusão de perfil. Relativamente ao segundo assunto estudado, é desenvolvido um modelo computacional que replica os testes de reometria extensional uniaxial efetuados com a plataforma Sentmanat (SER). Numa primeira fase, o trabalho realizado com um modelo inelástico permitiu definir os requisitos computacionais adequados. Esta fase permitiu também concluir que os resultados obtidos com a estratégia de captura de superfície baseada num método Volume-de-Fluido (VOF) geométrico, são melhores que aqueles obtidos com a alternativa algébrica. Tendo em consideração os resultados obtidos com o modelo inelástico, foi desenvolvido um novo código para modelar o escoamento viscoelástico multifásico, usando o método VOF geométrico, para permitir capturar a interface ar-polímero de modo mais preciso. Para além disso, o utilitário do OpenFOAM usado para calcular forças e binários foi adaptado para fluidos viscoelásticos. O sistema computacional desenvolvido é então usado para avaliar o efeito dos erros comuns acima mencionados. Para quantificar o efeito dos erros induzidos, são comparadas as viscosidades extensionais resultantes da modelação numérica com os valores teóricos. Os resultados obtidos mostram que o efeito de erros relativos à temperatura de ensaio é mais significativo do que o correspondente às dimensões da amostra, principalmente quando se utilizam modelos constitutivos viscoelásticos.
Degree
thesis:*- Name thesis:degree_name
- Tese de doutoramento em Engineering and Science of Polymers and Composites
- Grantor
- Universidade do Minho
- Year dc:date.issued
- 2022
Author and committee
dc:creator, dc:contributor.*- Author dc:creator
-
- Aali, Mohammadreza
- Advisors dc:contributor.advisor
-
- Carneiro, O. S.
- Nóbrega, J. M.
Subjects
dc:subject × 9Rights
dc:rights- Statement dc:rights
-
- openAccess
- Licence dc:rights.uri
- Language dc:language.iso
- eng
Identifiers
dc:identifier.*- Handle dc:identifier.uri
- https://hdl.handle.net/1822/80379