一样平常涂布工艺模拟剖析成两个办法：（1）模头内部流场模拟，，，接纳层流模子，，，稳态求解（点击阅读 锂电池极片涂布工艺模拟：挤压模头内流�。 。。。。�；；（2）模头与箔材之间的流场，，，接纳层流瞬态求解器。 。。。。多相流要领追踪涂层与空气的界面。 。。。。
本篇先容第二个办法，，，这是2016年做的事情。 。。。。以石墨负极浆料作为研究工具，，，接纳流体力学软件Fluent对锂离子电池浆料涂布的初期流场举行有限元模拟，，，剖析浆料从模头出口流出到涂布稳固的历程，，，研究涂布稳固状态的影响因素。 。。。。
1 有限元模子通过实验测定，，，石墨负极浆料的固体物质含量为52.0%，，，浆料密度为(1450±22) kg/m3。 。。。。图2(a)为模头与基材间的流场示意图，，，主要参数包括涂布间隙H、狭缝尺寸w、涂布速率v、上料流量Q、涂布湿厚h以及涂层宽度B。 。。。。本模拟中：H=0.20mm，，，w=0.55 mm，，，L=0.275 mm，，，B=250 mm，，，v=0.15 m/s，，，Q=4.8×10^-4m3/s。 。。。。
接纳流体力学有限元软件Fluent6.3.26对挤压模头与涂辊之间的外流场举行流动状态模拟，，，涂布流场如图2(a)所示。 。。。。以挤出模头狭缝内部为盘算区域1，，，狭缝出口与基材间的外部区域为盘算域2，，，如图2(b)所示，，，接纳二维平面模子，，，盘算域入口设定为速率入口，，，出口设定为压力出口，，，压力值为101325 Pa，，，基材设定为移动壁面，，，移动速率即涂布速率v，，，模头外壁等其他界线设定静止界线条件。 。。。。盘算域网格划分如图2(c)所示，，，网格平均尺寸为0.01mm。 。。。。
涂布流场状态是不可压缩的空气和浆料两相非定常流动历程，，，不思量传热历程。 。。。。接纳VOF模子追踪浆料自由流动界面，，，由于浆料和空气粘度差别大，，，选择CICSAM界面捕获手艺。 。。。。假定负极浆料与基材铜箔的静态接触角为50°，，，与挤出模头外壁的接触角为60°。 。。。。初始时刻浆料液体充满挤出模头狭缝[图2(b)中surface1区]，，，但没有溢出狭缝外侧，，，涂布流场最先盘算后，，，浆料以稳固的速率从狭缝流出。 。。。。
2 建模历程使用gambit绘制几何模子并设定界线条件，，，划分网格，，，如图1所示。 。。。。将几何模子导入FLUENT求解器，，，选择二维隐式瞬态求解器。 。。。。选择VOF模子模拟空气和浆料两相流，，，捕获两相界面
雷诺数较量低，，，选择层流模子。 。。。。
设定浆料的密度和粘度
3 效果与讨论
3.1 流场起源剖析浆料在狭缝外流场流动历程中，，，受到相互影响的作用力，，，包括由于基材移动在流体内部爆发的粘性力、流体外貌力、流体从挤出模头流出攻击到移动的基材减速历程所形成的惯性力、流体所受到的重力。 。。。。现实涂布工艺中，，，剪切速率γ可由式(1)估算：式中：v为涂布速率，，，取值0.15 m/s；；H为涂布间距，，，取值200×10^-6m；；则γ=750 s^-1。 。。。。有限元盘算中假定负极浆料粘度稳固化。 。。。。文献报道，，，在此剪切速率下，，，锂离子负极浆料粘度μ为1Pa·s。 。。。。
涂布流场中，，，雷诺数Re和毛细管数Ca可划分由式(2)、式(3)界说：式中：雷诺数Re体现流体惯性力与粘性力之比。 。。。。本文中，，，当盘算域入口速率v=0.035m/s时，，，雷诺数Re =0.002 4，，，其值远小于1，，，这批注浆料攻击基材形成的惯性力作用对流场扰动小，，，浆料流动状态为层流历程。 。。。。毛细管数Ca体现流体粘性力与外貌力之比，，，本文中，，，Ca=3.597，，，由于锂离子负极浆料粘度高，，，涂布历程中粘性力对流动历程的影响大于流体外貌力的影响。 。。。。
3.2 模拟效果模拟历程中粘度接纳层流模子，，，模拟中假定负极浆料粘度稳固化，，，所接纳的负极浆料物料参数、模头几何参数以及工艺参数见表1，，，其中浆料入口速率选取0.030、0.035和0.050m/s三个值，，，研究工艺参数对涂布效果的影响。 。。。。
涂布工艺都保存一个工艺窗口：涂布窗口就是可以举行稳固涂布，，，获得匀称涂层的工艺操作规模，，，其受到三类因素的影响：（1）流体特征，，，如粘度μ、外貌张力σ、密度ρ；；（2）挤压模头几何参数，，，如涂布间距H，，，模头狭缝尺寸w；；（3）涂布工艺参数，，，如涂布速率v，，，浆料送料流量Q等。 。。。。
关于挤压式涂布，，，在牢靠的涂布速率下，，，保存送料流量上限和下限，，，介于上下限之间的规模即为涂布窗口。 。。。。涂布窗口上限主要受到涂布液稳固性的影响，，，如当流量缺乏，，，或者涂布速率太快时，，，涂布液珠最先不稳固，，，容易爆发空气渗入、横向波等缺陷。 。。。。涂布窗口下限爆发时，，，如流量过大或者涂布速度过慢，，，流体无法实时被带走，，，涂布液珠大宗累积，，，容易形成水窒或者垂流。 。。。。
图5、图6、图7划分为入口速率为0.030、0.035和0.050m/s时涂布最先至涂布流场稳固历程中差别时刻浆料的流动状态。 。。。。流场稳固后，，，出口处浆料沿x轴偏向体积分数(VOF)漫衍如图8所示，，，由图5中可知VOF=1.0和VOF=0.5~0.6时盘算涂层的厚度，，，效果列入表2，，，同时差别速率条件下游场雷诺数Re、流场稳固时间t均列入表2。 。。。。
浆料入口速率由0.035 m/s降低至0.030m/s时，，，获得的涂层厚度减小了10×10^-6m，，，而入口速率增添到0.050 m/s时，，，涂层厚度增添了60×10^-6m。 。。。。
当入口速率为0.035m/s时，，，从盘算最先至流场稳固的时间最小，，，为37.54 ms。 。。。。无论入口速率增添照旧降低，，，涂布流场稳固时间都有所增添，，，当入口速率为0.030m/s时，，，流场稳固时间为48.75 ms，，，当入口速率为0.050 m/s时，，，流场稳固时间为63.46ms。 。。。。
入口速率为0.030m/s时，，，涂布最先后10 ms时刻，，，狭缝流出的浆料填充在模头与基材之间[图5(a)]，，，同时基材沿y轴正向移动，，，所爆发的粘性力使浆料追随基材移动，，，由于基材移动带走的浆料无法实时获得增补，，，大宗空气卷入涂层[图5(b)]，，，卷入空气的浆料最后在基材上形成图5(c)所示涂层。 。。。。随着浆料的一直供应，，，流场上流道区域(y>0)基本稳固，，，流场下游道区域(y <0)也由重大状态逐步趋于稳固，，，如图5(d)所示，，，最后形成较量稳固的涂布流场[图5(e)]。 。。。。
入口速率为0.035m/s时，，，浆料填充模头与基材之间区域后[图6(a)]，，，基材所带走的浆料能够实时富足增补，，，涂层中不会卷入大宗的空气，，，下游道流场很快抵达了稳固状态[图6(b)]，，，上流道流场在重力滋扰下会爆发不稳固状态[图6(b)和(c)]，，，可是随着涂布一直举行，，，上流道也很快抵达稳固状态[图6(d)和(e)]。 。。。。因此这种条件下，，，涂布流场稳固时间短，，，这是最佳的涂布工艺操作规模。 。。。。
入口速率为0.050m/s时，，，浆料供应富足，，，不会从下游道流场卷入大宗空气[图7(a)和(b)]，，，下游道流场能较快抵达稳固状态[图7(b)]。 。。。。可是由于入口速率较大，，，形成较量厚的涂层(表2)，，，上流道流场容易受到重力影响，，，需要较长时间抵达稳固[图7(c)]，，，厚涂层形成缺口导致上流道流场很快崩塌[图7(d)]，，，履历较长时间，，，约63.46ms，，，涂布流场抵达稳固状态[图7(e)]。 。。。。
