粘弹性流体是指介于粘性流体和弹性固体之间的流体，它能同时表现出粘性和弹性，在不超过屈服强度的条件下，剪应力去除后，其变形能部分的复原^[1]。严格意义上说，粘弹性流体并不多见，比如沥青、油漆、高分子聚合物溶液以及凝固汽油等等。但随着石油化工工业和聚合物工程的迅速发展，处理和操作粘弹性流体渐渐变得十分关键，因而深入研究粘弹性流体的流动行为具有重要的工程应用价值。在粘弹性流体的剪切流动时，不仅粘度函数与剪切持续时间有关，还存在法向应力差。粘弹性流体在流动的过程中，大多数情况下都会流经由不相同的管道连接而成的流道。在一些特定的模具成型中，流道内还包含一些形状各不相同的嵌件。这些嵌件会使得粘弹性流体的流动行为产生明显的变化，从而导致流体的流动特性变得更加得复杂。因此，研究粘弹性流体流动成为了一个比较重要的热点话题。

就目前国内的研究现状而言，赵志峰等^[2]人选取了基于Doi-Edwards模型发展起来的XPP模型进行了全域的数值模拟，并得到了支化聚合物在嵌件平板收缩流中的粘弹性行为，如流函数等值线、拉伸量、第一法向应力差以及第二法向应力差等，此后分析比较了方型嵌件处于不同位置时粘弹性流体的流动特性。周王军等^[3]人应用Boltzmann方法结合Oldrody-B模型，讨论了不可压缩的Navier-Stokes方程和平流扩散本构方程的解耦及各自求解方法，以及两类问题的边界格式处理，实现了粘弹性流体在二维1：3扩展流道以及3：1收缩流道中的流动的数值模拟，获得了雷诺数和维森伯格数以及粘度下流动的流线分布及其影响。国外也有各位学者正在研究粘弹性流体流动的特性。J.L.Favero等^[4]人提出了一种基于分裂应力张量法和平衡应力张量概念的数值方法，用任意微分本构方程处理高威森堡数的问题，该方法是在一种新的计算流体动力学（CFD）工具中实现的，并对平面4：1收缩流进行了分析，评估了该方法的稳定性和有效性。

本次设计也是利用CFD工具对流体的流动进行分析。相较于传统的实验研究，CFD将数学、流体力学、计算机编程进行柔和，采用计算机求解控制流体流动的微分方程组，其结果用来指导工业设计。目前大量的行业已经开始使用CFD理论来指导实践，如空气动力学外形优化、气动噪声控制、多项流动混合模拟，化工过程装备设计、大气环境预测等。OpenFOAM为世界最大的免费的CFD开源软件，是一个C 类库（约100个），其用于创建可执行文件，如应用程序。OpenFOAM内置的应用程序（约250个）分为两类：求解器（solver）与工具（utilities）。其中求解器是为了解决特定的连续介质力学问题而设计的；工具则是为了执行数据操作等任务而设计的。OpenFOAM的一个特点是用户可以通过一些必要的知识（数学、物理和编程技术等）创建新的求解器和工具^[5]。针对粘弹性流体在注塑成型（四分之一收缩流）的嵌件内的流动，我们利用OpenFOAM这个CFD中应用最广的开源软件，对流动进行了模拟仿真，得到其在嵌件内的流场特性，分析粘弹性流体的流动特点，分析比较在流经不同形状的嵌件时，粘弹性流体流动过程中所表现出的不同。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

针对粘弹性流体流经注塑成型（四分之一收缩流）的嵌件发生的流动特性的变化现象，基于既有的研究成果，得到粘弹性流体的流体特性，建立两种不同（包括方形嵌件和圆形嵌件）注塑成型（四分之一收缩流）嵌件模型，确定其初始条件和边界条件，选取正确的物理模型，借助OpenFOAM软件求解该数值模型，完成方形和圆形嵌件流动状态的仿真，基于仿真得到的仿真结果，分析其流场特性，比较两种不同嵌件的流场特性的区别。

2.2研究目标

①建立注塑成型（四分之一收缩流）的嵌件模型，明确粘弹性流体的流体特性，分析其在流动过程中的流场特性。

②建立两种不同注塑成型（四分之一收缩流）的嵌件，包括方形嵌件和圆形嵌件，分析比较两种不同嵌件对流场特性的影响。