弗劳德数Fr是流体的惯性力与重力之比，是用来确定流体动态如急流、缓流的一个无量纲数。当Fr=1时，即流体的惯性力等于重力，流体为临界流；当Fr>1时，流体为急流，代表流速大、流体湍急的流动状态。当Fr<1时，重力起主导作用，流体为缓流。本文所示涂布参数下，Fr=0.97，浆料在流场中的状态接近为临界流。
毛细管数Ca表示由于基材移动在流体内部产生的粘性力与流体表面力之比，本文中Ca=3.597，由于锂离子负极浆料粘度高，涂布过程中粘性力对流动过程的影响大，但是在涂层边缘，表面张力的影响也显著，容易引起涂层厚边缘现象。
根据流体力学理论，通过对涂布过程的流场的受力情况和流场表征参数进行计算，我们可以初步判定流场的基本特性，理解涂布过程的现象，及涂布缺陷的产生原因。
采用FLUENT软件可以对涂布流场进行有限元模拟，计算域如图2所示。FLUENT采用有限体积法，根据质量守恒、动量守恒方程来确定流体介质的流动特征，其中，VOF模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的体积分数来模拟两种或三种不能混合的流体，追踪流体自由流动界面。涂布流场状态是不可压缩的空气和浆料气液两相流动过程，不考虑传热。挤压模头基本几何参数见图2，假定各参数值分别为：
H=0.20 mm，w=0.55 mm，L=0.275 mm，
极片涂层宽度B=250mm，
涂布走带速度v=0.15m/s，
浆料送料体积流量Q=4.8×10-4 m3/s。
假定负极浆料密度为1450 kg/m3，
表面张力σ为0.0417 N/m，
与基材铜箔的静态接触角为50°，
与挤压模头外壁的接触角为60°。
图3 涂布流场模拟结果(a.浆料分布 b.流线分布 单位:kg/s)
图3为涂布流场模拟结果，涂布稳定之后，计算域内浆料流体的分布情况见图3a，从图中可以获得涂层湿厚，观察挤压头下方流道流体的状态可以直观判定空气卷入涂层的难易程度，以及是否会发生垂流等涂布缺陷。图3b为计算域内浆料流线图，用不同颜色线条表示质点运动轨迹，将计算域内浆料的流动情况可视化。
345余下全文
