3.4 模擬結果分析
3.4.2 流量比之影響
此節將討論上下層塑料流體流量比對進料區塊(feedblock)內流動之影 響，以期能藉此了解此製程操作條件與共押出製程問題之關係。
圖 3-33 及圖 3-34 分別為不同流量比下進料區塊匯流處之速度向量及 出口界面位置圖，可觀察到當流量比越高，流體界面往上偏移程度越高且 上層流體之厚度越薄，而在經由進料區塊匯流處(merging area)之流體重整 (fluid rearrangement)後，界面皆趨向平穩狀態。圖 3-35 及圖 3-36 則為不同 流量比下之界面包覆度及壁面接觸線位置比較圖，可看出當流量比越高，
其界面彎曲包覆程度越低，是因為高流量比時，壁面附近之流體界面被下 層流體往上推擠，而使界面彎曲變形趨向減緩。由圖 3-37 可看出，上層流 量增加使得 Y 方向速度分佈亦往下偏移，而流量上升使得流體黏彈性質更 明顯(We 數上升)，因此第二正向應力差造成之二次流動效應越顯著且迴流 速度亦越大。表3-11 為改變流量比之模擬結果整理。
表3-11 不同流量比之分析比較
Flow Ratio (QI/QII)
13.2 5 3 Fluid II Thickness Ratio (%) 14.4 21.1 27.1
Outlet Encapsulation (%) 38.3 47.1 51.5 Interfacial Shear Stress (kPa) 9.11 5.73 3.41
-2.35×10-4 -3.29×10-4 -3.97×10-4 Recirculation Velocity (m/s)
第三章 結果與討論
圖3-33 進料區塊流體匯流處之速度向量圖(z＝0)
Y X
(c) QI/QII＝3
Interface Fluid II
Fluid I
Y X
(b) QI/QII＝5
Interface Fluid II
Fluid I
Y X
(a) QI/QII＝13.2
Interface Fluid II
Fluid I
第三章 結果與討論
Y Coordinate (y/L)
Z coordinate (z/L) QI/Q
Degree of Encapsulation (%)
Flow Distance (x/L) QI/QII= 13.2 QI/QII= 5 QI/QII= 3
(Fslip= 4.5x106(power law), ηI/ηII= 2.5)
圖3-35 不同流量比之包覆度比較圖
第三章 結果與討論
圖3-36 不同流量比之壁面(z＝0.5L)接觸線位置比較圖
0 2 4 6 8
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
Interface Position (y/L)
Flow Distance (x/L) QI/QII= 13.2
QI/Q
II= 5 QI/QII= 3
(Fslip= 4.5x106(power law), ηI/ηII= 2.5)
圖 3-38 為不同流量比下之界面剪切應力比較圖，可看出上層流量增加 造成押出量上升，因此使得進料區塊內之剪切應力上升，但上層流量增加 卻造成流體界面位置往下偏移，因此流量比越低則界面之剪切應力值亦越 低，如表 3-11 所示。當流量比越低時，上層流量增加進而推擠流體界面位 置往下偏移，使上層流體(Fluid II)厚度增加且流體界面遠離有較高剪切應 力之壁面，因此流體界面間之剪切應力隨著流量比下降而降低，預期可藉 此降低鋸齒形不穩定發生之可能性。
第三章 結果與討論
(b) QI/QII＝5 (a) QI/QII＝13.2
(c) QI/QII＝3
圖3-37 不同流量比之 Y 方向速度分佈圖
第三章 結果與討論 Interface
(
QI/QII=3)
Interface
(
QI/QII=5)
Y Coordinate (y/L)
Shear Stress τ yx (kPa)
Interface
(
QI/QII=13.2)
當流量差異極大時，流體在匯流處因互相擠壓而產生拉伸形變，在界
第三章 結果與討論 First Normal Stress Difference N1
(Fluid II, Merging Area) (kPa) 15.1 25.2 40.2 Outlet DN1 (kPa) 5.4 2.7 1.2
First Normal Stress Difference (kPa)
Flow Distance (x/L) Fluid I
Fluid II
(QI/QII= 13.2, ηI/ηII= 2.5)
圖3-39 沿流動方向之第一正向應力差變化圖(QI/QII＝13.2)
第三章 結果與討論
First Normal Stress Difference (kPa)
Flow Distance (x/L) Fluid I
First Normal Stress Difference (kPa)
Flow Distance (x/L) Fluid I
Fluid II
(QI/QII= 3, ηI/ηII= 2.5)
圖 3-41 沿流動方向之第一正向應力差變化圖(QI/QII＝3)
第三章 結果與討論
0 2 4 6 8
-10 -5 0 5 10
DN 1 (kPa)
Flow Distance (x/L) QI/Q
II= 13.2 QI/Q
II= 5 QI/Q
II= 3
圖 3-42 沿流動方向之上下層流體DN1變化圖
由上述研究可看出，當流量比越低時，上層高分子塑料流量較高，可 避免因流體拉伸形變造成界面附近之正向應力差異，進而減緩波浪不穩定 現象之產生。另外，由於流體界面位置遠離具有較高剪切應力之壁面，因 此可減少界面之剪切應力，進而減緩鋸齒形不穩定現象之發生。但須注意 的是低流量比時，界面彎曲包覆程度會較嚴重，故應使用較短之流道長度 以避免此逐漸增加之包覆現象。而若整體押出量增加，會造成模具內剪切 應力上升及流體黏彈性質越顯著，造成界面鋸齒形不穩定現象及流體界面 包覆現象越嚴重。
第三章 結果與討論