注塑成型Hele-Shaw流动模拟中热对流的异步长求解

王超房，黄　明，石宪章，申长雨，赵振峰



注塑成型Hele-Shaw流动模拟中热对流的异步长求解

王超房，黄明，石宪章，申长雨，赵振峰

（郑州大学橡塑模具国家工程研究中心，河南 郑州 450002）

摘要:在Hele-Shaw流动数值模拟中，速度是压力的后处理结果。如果是点浇口，则浇口附近速度会随单元尺寸缩小而趋于无穷大，导致能量方程作为一个整体求解时，时间步长必须非常小，否则会产生很大误差；而根据热对流物理意义分步求解，则需追踪当前物质在上一时刻位置，当单元速度很高、逆向搜索需穿透多个单元时，搜索可能会失败。鉴于此，基于分步求解法，研究提出一种变长度子时间步长方法处理对流项，确保搜索路径局限在当前单元内，并采用二分法确定子时间步数量，使算法简洁有效。算例表明，该方法在保证计算精度和求解稳定性的同时，可以明显减少计算时间，提高计算效率。

关键词:热对流；传热；Hele-Shaw；注塑成型；数值模拟；聚合物加工

引 言

目前，注塑成型 CAE分析已经成为模具制造前不可或缺的环节，其将模具设计和工艺参数设置建立在科学的分析基础之上，对缩短生产周期、提高产品质量具有重要指导作用[1-5]。然而，相关的CAE计算方法并非完美无缺，许多问题仍有待于深入研究[6]，其中 Hele-Shaw流动中的热对流求解就是其中之一。

在注塑成型模拟中，由于熔体黏度严重依赖温度，因此温度场的计算至关重要。一般而言，温度场的控制方程包含三要素:对流、传导和能量转换。……