Метод конечных элементов позволяет осуществлять численное моделирование двух - и трехмерных многослойных течений (см. раздел 4.4.5). Отличие от моделиро­вания однослойных течений состоит в том, что в данном случае требуется реализо­вать еще один алгоритм. Он заключается в том, что сетка конечных элементов сдвига­ется таким образом, чтобы граница между двумя слоями различных расплавов всегда находилась на границе элемента. Расчеты МКЭ требуют больших объемов дискового пространства, времени для расчетов, поэтому для моделирования необходим, как минимум, микрокомпьютер[28].

Специфические проблемы, связанные с моделированием многослойных те­чений МКЭ, здесь обсуждаться не будут. Заинтересованные читатели могут най­ти более подробную информацию по данному вопросу в работе [37]. Однако чтобы продемонстрировать возможности МКЭ, будет произведено сравнение результатов, полученных с помощью численного моделирования и на основе экс­перимента.

Изучение области, в которой происходит слияние слоев в многослойном тече­нии, производилось на экспериментальном испытательном стенде, обеспечивающем возможности визуального наблюдения за экспериментом [38]. В рамках проводимых экспериментов изучали формирование границы раздела между слоями и ее положе­ние, а также проводили оценку других явлений, возникающих при совместном тече­нии. В качестве следующего шага была сделана попытка численного моделирования двухслойного плоского течения МКЭ.

На рис. 6.18 представлены фотографии реальных течений и линии тока, получен­ные расчетным путем для различных соотношений объемных расходов расплавов. Следует отметить, что численное моделирование МКЭ позволяет не только хорошо описать форму и положение границы между слоями, но и дает возможность оценить размеры и положение застойных зон, возникающих в районе слияния слоев в зависи­мости от соотношения между объемными расходами расплавов. Этот расчет основы­вается на чисто вязких свойствах материала, описывающихся моделью Карро.

Появление застойной зоны объясняется значительным повышением скорости те­чения нижнего потока. Более быстрый верхний слой увлекает частицы нижнего слоя в направлении течения, вызывая соответствующее повышение давления в нижней части потока. В результате этого на небольшом расстоянии от места слияния слоев

Рис. 6.18. Сравнение экспериментальных результатов изучения плоского двухслойного тече­ния с результатами численного моделирования с помощью МКЭ

в нижней части потока формируется локальный максимум давления. Это давление вы­нуждает расплав течь в обратном направлении, вследствие чего образуется застойная зона. Подобное явление наблюдается при нанесении изоляции на проводники (см. раздел 5.3.3.4).

Таким образом, моделирование с помощью МКЭ позволяет без проблем пред­сказать появление застойных зон в области слияния потоков различных распла­вов в канале экструзионной головки. Это позволяет избежать увеличения времени пребывания расплавов в канале и соответствующие неблагоприятные воздействия на расплавы в этой зоне. Этот пример убедительно показывает, что МКЭ позволя­ет получить достаточно точное описание даже для весьма сложных процессов те­чения.