화학공학소재연구정보센터
Korean Journal of Rheology, Vol.10, No.3, 121-130, September, 1998
카오스 단축 압축기의 3차원 카오스 혼합해석
Three-Dimensional Analysis of Chaotic Mixing in Chaos Single-Screw Extruder
초록
본 연구에서는 카오스 스크류에 대해 비선형 동력학적 모델을 도입하여 카오스가 일어나는 경로를 밝히고 이를 수치적으로 증명하였다. 베리어가 계속 존재하는 경우를 적분가능계로 정의하고 공간주기적 상공간에서 두 개의 호모클리닉 궤도를 포함하는 원환체를 적분가능계의 모델로 도입하였다. 주기적으로 삽입된 배리어 없는 영역을 교란으로 취급하여 해 사상을 도입하여 면적 보존의 포인카레 단면을 정의하였다. 호모클리닉 궤도가 깨어져 칸토르 집합을 이룸을 설명했고 내부의 원환체는 공진띠와 KAM띠를 이루며 혼합을 방해함을 설명했다. 다변유한요소를 이용한 완전 3차원 수치해석을 통해 회전수 x/3에 해당하는 공진띠의 존재를 보이고 교란이 큰 경우에는 거의 모든 영역이 무작위적인 혼합을 보여주는 카오스 영역으로 바뀜을 보였다.
In this study, we introduced the dynamical modeling of the chaos single-screw (ES) extruder and presented the route to chaos in CS verifying this model by the full three-dimensional numerical simulations. A system with infinite barrier zones is described as the integrable system which consists of the seperatrix with two homoclinic orbits and contains tori in the periodic state space. Periodically inserted non-barrier zone is regarded as a perturbation and we constructed an oneparameter solution map. Using this map, we defined the area-preserving Poincare map for the perturbed system. As the perturbation increases, homoclinic tangle leads to the Cantor set near homoclinic fixed point and elliptic rotations change to the resonance bands or KAM tori, depending on whether the corresponding winding number is rational or irrational. The finite element method of the multivariant Q1+P0 elements is applied to solve the velocity fields and the 4th order Runge-Kutta method is used for the particle tracing. The resulting Poincare section verifies the proposed dynamical model, showing the resonace band of rotation number x/3. The system with a large perturbation shows the wide stochastic regions where the random particle motions take place.
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