A CFD assessment of film coating process viscosity models

Authors

  • Sergio Alonso,

    1. URPEI, Department of Chemical Engineering, École Polytechnique, P.O. Box 6079, Station Centre-Ville, Montréal, QC H3C 3A7, Canada
    Current affiliation:
    1. CLATEC, A.C., Omega 201, Fracc. Ind. Delta, León, Gto., México 37540
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  • Franqois Bertrand,

    1. URPEI, Department of Chemical Engineering, École Polytechnique, P.O. Box 6079, Station Centre-Ville, Montréal, QC H3C 3A7, Canada
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  • Philippe A. Tanguy

    Corresponding author
    1. URPEI, Department of Chemical Engineering, École Polytechnique, P.O. Box 6079, Station Centre-Ville, Montréal, QC H3C 3A7, Canada
    • URPEI, Department of Chemical Engineering, École Polytechnique, P.O. Box 6079, Station Centre-Ville, Montréal, QC H3C 3A7, Canada
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Abstract

Computer fluid dynamic simulations of the metering nip flow were used to assess the process viscosity of the coating colours. The numerical solution was based on a Calerkin/finite element technique that included the deformation of the roll cover to better represent the flow elastohydrodynamics. The Navier-Stokes prediction was compared with experimental measurements of torque and pressure in the metering nip. From the comparisons, the process viscosity determined in a region of shear-dominated flow is the one, among the three models analyzed, that can better describe the hydrodynamics of the metering nip flow. To improve further the fluid flow numerical description, this process viscosity was combined with an adapted transient Cross model. This new semianalytical rheological model decreased the differences between the numerical and experimental results. The findings also suggested that the model requires further enhancements, topic that will be addressed in future work.

Abstract

On a utilisé la simulation par ordinateur des écoulements dans une pince de dosage pour déterminer la viscosité de procédé des sauces de couchage. La solution numerique basée sur la méthode des éléments finis de Calerkine tient compte de la déformation de l'enveloppe du rouleau afin de mieux représenter le comportement élastohydrody-namique de l'écoulement. La prédiction a été comparée à des mesures expérimentales du couple et de la pression dans la pince de dosage. On a pu montrer que la viscosité de procédé déterminée dans la région de l'écoulement dominée par le cisaillement est celle qui, des trois modèles analysés, peut le mieux décrire l'hydrodynamique de l'écoulement dans la pince de dosage. Afin d'améliorer encore la description numérique de l'écoulement du fluide, cette viscosité de procédé est combinée à un modèle de Cross adapté au cas instationnaire. Ce nouveau modèle rhéologique semi-analytique permet de réduire l'écart entre les résultats numériques et expérimentaux. Les résultats suggèrent également que le modèle nécessite d'autres améliorations, un thème qui sera étudié dans des travaux ultérieurs.

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