Analysis of coating die manifold flows and die-design for viscoplastic fluids

Abstract

With regard to coating die manifolds, there has been much interest in two types of problems: forward (or direct) problems and inverse problems. The former is designed to predict the profiles of flow rates at the outlet for a given die manifold geometry. Conversely, the latter is to design a coating die manifold that can produce specific de- sired outlet flow rate profiles. In this study, we present a coating die manifold design to obtain the outlet flow rates for the viscoplastic fluids as a coating solution. For this aim, we revisited an electrical network method (ENM) for the practical calculation of viscoplastic fluid flow inside a coating die manifold. A regularized viscosity function was used, and we chose the representative viscosity by solving the Weissenberg- Rabinowitsch-Mooney-Schofield equation to predict the magnitude of the unyielded areas inside the cavity. The results were validated through numerical computations based on the finite element method.

코팅 다이 매니폴드와 관련해서 정문제와 역문제라는 두가지 유형의 문제에 대해 많은 연구가 있어왔다. 정문제는 주어진 다이 매니폴드에 대해서 출구부의 유량 프로파일을 예측하는 문제를 말하며, 이는 다이 매니폴드의 퍼포먼스를 평가 하는 문제라고도 말할 수 있다. 반대로, 역문제는 주어진 출구부 유량 프로파일을 얻기 위해 요구되는 다이 매니폴드의 크기를 예측하는 문제로, 다이 디자인 문제에 해당한다. 이 논문은 점소성 코팅 용액을 이용하여 특정 출구부 유량 프로파일을 얻고자 할 때 필요로 하는 다이 매니폴드 크기를 계산하는 것을 목적으로 한다. 이를 위 해, 전기적 네트워크 방법을 이용하여 코팅 다이 매니폴드 내부에서의 점소성 유체 흐름을 모델링 했다. 정칙화된 점도함수를 사용하였고, 바이센베르크-라비노비치- 무니-쇼필드 식을 풀어서 계산한 대표 점도값을 이용해 캐비티 내부의 미항복영역 크기를 계측하는 작업을 수행하였다. 이 결과는 유한요소법 기반의 전산모사를 통 해 합리적으로 검증하였다.