Fluidodinámica y orientación molecular en flujo de polímeros fundidos con superficies libres

Abstract

En esta tesis se presenta un nuevo método para el cálculo de superficies libres de fluidos viscoelásticos en problemas dependientes del tiempo. En este tipo de problemas, las incógnitas macroscópicas son la velocidad y la presión junto con la forma de la superficie libre. El nuevo método de cálculo, basado en CONNFFESSIT (Calculation Of Non-Newtonian Flows: Finite Elements and Stochastic Simulation Technique), emplea no sólo partículas como calculadoras de esfuerzos sino también como marcadoras de la superficie libre. Se trata por tanto de un método desacoplado en el que en ningún momento se discretiza la condición de contorno sobre la superficie libre. Así, la habilidad de CONNFFESSIT para tratar modelos que no disponen de ecuación constitutiva analítica viene reforzada con una nueva técnica de cálculo de superficies libres. El método presentado en esta tesis se ha aplicado con éxito al hinchamiento de un fluido viscoelástico a la salida de un canal cilíndrico lo que supone una modelización del problema del hinchamiento del fundido a la salida de la boquilla en el proceso de extrusión. Dado lo novedoso del método, los resultados obtenidos se han comparado con soluciones de referencia basadas en la mecánica del continuo. Junto al estudio de la forma de la superficie libre se ha realizado un estudio detallado del campo de esfuerzos así como de la información molecular asociada. El método también se ha aplicado con éxito al problema de la extensión de un filamento viscoelástico lo que supone una modelización de los experimentos existentes para la medida de la viscosidad elongacional. En este caso, además del estudio de la superficie libre en distintas condiciones, se ha prestado especial atención a la homogeneidad del flujo obtenido, aspecto fundamental en la medida de la viscosidad. El trabajo recogido en esta tesis representa una aplicación pionera de los métodos a flujos con superficies libres.