Haake混合器中双组分聚合物熔体共混过程的数值模拟研究

采用有限元分析软件POLYFLOW对发生在Haake密闭式混合器中的双组分聚合物熔体共混过程进行了二维等温数值模拟，并进行了实验验证。首先采用仅和流场有关的黏度模型对共混过程进行了数值模拟，模拟结果与实验结果符合较好。进而又考虑了共混体系中组分含量对共混体系黏度的影响，对原来的黏度模型进行了修正，修正后的数值模拟结果和实验结果更接近。通过利用数值模拟的方法进一步获悉了双组分聚合物体系对流混合的规律。     

多相聚合物在正交剪切流场中相形态的模拟

借鉴多组分聚合物相分离的动力学方程，对共混过程的外界流场进行简化并推导了动力学方程。应用形态模拟的CDS算法，对推导的动力学方程进行了数值模拟。模拟结果给出了两相聚合物在简化的流场(正交剪切场)的作用下的相形态的演化过程，在一定程度上反映了共混过程的主要形态演化特征，同时指出了提高模拟精度的途径。本文为多相聚合物共混过程的形态模拟提供了一种新方法。     

PE-HD/PP共混物注射成型冷却过程中温度分布的研究

依据傅里叶定律和能量守恒力一程的基本原理,对聚合物注射成型冷却过程进行了合理假设和必要简化,采用数学模拟结合实验验证的方法,对高密度聚乙烯(PE-HD)和聚丙烯(PP)共混物注射成型冷却过程进行了实验和数值模拟研究。采用数据采集器对不同比例共混物注射冷却过程中的温度变化进行了数据采集。结果表明,在冷却第一阶段纯PE-HD的冷却速率最快,在固相冷却段共混物的冷却速率较纯净物慢。将采集所得温度的实验值与根据改进熔法用Matlab软件对共棍物冷却过程中温度分布数值模拟计算所得的值进行了比较分析,结果表明,共混物在冷却第一和第二阶段的温度分布实验值与模拟值几乎完全吻合,在固相冷却段共混物的冷却受热导率和聚合物的形态结钩的共同影响,此阶段实验值略高于模拟值。     

注射成型中聚合物剪切诱导结晶行为的三维模拟

在考虑剪切导致分子链取向并升高其平衡熔点的基础上,建立了基于Nakamura方程的剪切诱导结晶动力学模型。在WLF-Cross黏度模型中引入结晶对黏度系数的影响,构建了考虑结晶的注射成型过程模型。采用改进的有限体积法对聚合物剪切诱导结晶行为进行了三维数值模拟,模拟中耦合了流动场、熔体压力、温度、诱导时间与结晶度。结果表明,本方法可清晰模拟出注射成型过程中聚合物的三维"喷泉"流动行为以及3层"皮-芯"结晶结构,同时,诱导结晶时间指数与相对结晶度的模拟结果与理论及实验结果吻合。     

注射成型中聚合物剪切诱导结晶行为的三维模拟

在考虑剪切导致分子链取向并升高其平衡熔点的基础上,建立了基于Nakamura方程的剪切诱导结晶动力学模型。在WLF-Cross黏度模型中引入结晶对黏度系数的影响,构建了考虑结晶的注射成型过程模型。采用改进的有限体积法对聚合物剪切诱导结晶行为进行了三维数值模拟,模拟中耦合了流动场、熔体压力、温度、诱导时间与结晶度。结果表明,本方法可清晰模拟出注射成型过程中聚合物的三维“喷泉”流动行为以及3层“皮-芯”结晶结构,同时,诱导结晶时间指数与相对结晶度的模拟结果与理论及实验结果吻合。     

丙烯酸聚氨酯涂料成膜过程(Ⅱ)模型及模拟

将双组分丙烯酸聚氨酯涂料体系按二元聚合物-溶剂体系进行简化处理建立了涂膜中溶剂组分的连续性方程、涂膜厚度的时间依赖性方程及其边界条件和初始条件,并采用有限元技术求出了本模型方程组的解.模拟结果表明,一些实际测得的宏观实验数据与模型预测结果非常吻合,而且模型预测还能够较好地解释涂膜干燥过程中表层较内部干燥快所形成的结皮现象.     

渐变型聚合物光纤共挤扩散过程的数学模型

基于流变学原理和质量传递原理的分析，建立了一个能够描述渐变型聚合物光纤（GIPOF）共挤扩散制备过程的数学模型。该模型采用基于温度和掺杂剂浓度修正的Carreau黏度方程，利用计算流体动力学软件Fluent模拟求解出拉丝后光纤折射率分布。以聚甲基丙烯酸甲酯为芯皮层原料、苯硫醚为掺杂剂制备了GIPOF，并通过聚焦法测得光纤折射率分布。模拟结果与实验结果基本相符，表明该模型可用来预测和控制光纤折射率分布情况。     

丙烯酰胺类水溶性聚合物共混水溶液黏度模型

针对丙烯酰胺类水溶性聚合物共混水溶液的黏度特点,结合流变仪测量数据,提出了一种半理论半经验模型,用于预测此类共混水溶液的黏度.基于Eyring绝对速率方程的黏度机理构建模型,使用Flory-Huggins方程(FH方程)反映共混过程的混合熵变化,再引入基团贡献模型和静电作用模型以表达混合焓变化.采用遗传算法对未知相互作...     

聚合物发泡过程中气泡分裂的理论研究和数值模拟

对聚合物发泡过程中的气泡分裂进行了理论研究和数值模拟,用理论推导的方法计算出气泡分裂过程所需要的时间;采用流体体积函数（VOF）方法对相应条件下的气泡分裂进行了数值模拟,并对模拟的分裂时间和理论计算的分裂时间进行比较;分析了气泡分裂时间的影响因素。结果表明,气泡分裂时间与体系的界面能成正比,与体系界面黏度、气泡半径以及剪切速率的平方成反比。     

聚丙烯酸酯与聚氨酯共混物的合成与性能研究

采用溶液合成了丙烯酸酯聚合物,将其分别与聚氨酯予聚物进行共混,使其接枝交联,并对共混物与双组分聚氨酯的力学性能进行了比较。结果表明：聚丙烯酸酯聚氨酯共混物力学性能,耐紫外线性能优于双组分聚氨酯。     

PE-LLD/SBS共混过程中浓度分布的数值模拟及实验研究

使用POLYFLOW软件对HAAKE混合器中PE-LLD/SBS体系共混过程进行了三维等温数值模拟。通过对混合器位置、转子转速、分散相比例和温度等因素的分析,研究了PE-LLD/SBS熔体在HAAKE混合器中SBS相浓度随时间的分布的规律。并通过实验对模拟结果进行验证,结果表明数值模拟与实验结果有较好的吻合。     

聚合物共混体系混合理论的研究进展及其在双螺杆挤出过程中的应用

本文介绍了双组分流体在混合过程中其分散相液滴变形,破坏与重聚集理论的发展状况,并讨论该理论在双螺杆挤出不相容双组分聚合物共混体系时形态结构预测中的应用。     

神经网络用于聚合物静电纺成纤性能的预测

将BP神经网络数学模拟技术与静电纺丝技术相结合,基于聚酯等20种聚合物和相应的165组聚合物溶液体系的实验数据和静电纺丝的实际结果,建立了一种用于聚合物静电纺丝的理论计算模型,其中,聚合物结构参数(溶度参数)、聚合物溶液特征参数(黏度、表面张力、电导率)作为输入量,经过理论模型的模拟与计算,提前对聚合物静电纺丝结果进行预判。结果表明:通过65组聚合物纺丝溶液体系的验证,该理论模型的准确率达到了81%;为了验证模型的实用性,采用聚氧化乙烯等3种聚合物和相应的12组聚合物溶液体系进行验证,证明所建立的BP神经网络理论模型适用于聚合物纺丝结果的预测;BP神经网络理论模型的应用将极大地缩短聚合物静电纺丝工艺的探索时间。     

同向双螺杆挤出中共混物相态发展过程

本文研究了模型聚合物共混体系ＨＤＰＥ／ＰＳ在同向双螺杆挤出机中的相态发展过程。研究发现分散相相畴尺寸变化主要发生在双螺杆的熔融段。在双螺杆共混初始阶段存在大量的片状和纤维状分散相结构。根据实验现象建立了双螺杆挤出中共混物相态变化的物理模型,为进一步模拟双螺杆共混过程提供了理论基础。     

循环流化床多组分颗粒气固两相流动模型和数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学,考虑多组分颗粒中颗粒组分与颗粒组分、颗粒组分内颗粒之间的相互作用以及气体与颗粒之间的相互作用,提出多组分颗粒非等温颗粒气固两相流动模型.以颗粒压力、径向分布函数、黏度、颗粒碰撞耗散等耦合各颗粒组分间和颗粒间的相间作用.采用大涡模拟方法模拟气相湍流流动.提出了多组分颗粒的径向分布函数计算方法.对循环流化床上升管中双组分颗粒气固两相流动特性进行了数值模拟,模拟结果揭示了上升管中双组分颗粒气固两相流动的环-核流动结构,得到了平均颗粒粒径的轴向和径向分布规律,计算结果与文献中实验结果相吻合.     

不同黏度下气液体系流体力学行为的PBM模拟

基于Eulef-Euler双流体模型,分别采用均一气泡尺寸和PBM方法对鼓泡床内气液两相流体系中的流体力学行为进行了数值模拟,经与实验结果比较表明,采用PBM方法获得的模拟结果更为准确,表明了PBM方法的优越性.采用PBM模型模拟了不同黏度气液体系中的流体力学行为,获得了包括平均及局部气含率分布、气泡尺寸分布,循环液速和大小气泡的空间分布等流体力学信息,并将模拟结果与相应操作条件下的实验结果进行了比较,吻合较好,说明PBM方法不仅可以用于鼓泡床反应器内气液两相流体系的模拟研究,还能对不同液相黏度下气液体系中的流体力学行为作出正确的预测和描述,为多相流反应器的设计和放大提供了有益的参考.     

组合式搅拌器对疏水缔合聚合物溶解特性的影响

机械搅拌是目前加速疏水缔合聚合物溶解熟化所广泛采用的一种方法。然而,聚合物溶解是一个从多相到单相、从低黏到高黏的变化过程,单一搅拌器用于聚合物的溶解过程存在诸多的问题。本文采用适用中低黏度的翼型搅拌器（KCX）和适用高黏度的锚框式搅拌器（MS）的组合,通过实验研究了翼型搅拌器不同操作方式（上翻或下压）和锚框式搅拌器不同转速等操作工况对聚合物溶解熟化过程中的作用,并将翼型搅拌器功率的实验数据与数值模拟的结果进行了比较。研究结果表明：翼型和锚框式搅拌器在聚合物不同的溶解熟化过程中其作用是不一样的;双搅拌器的同向运行可以促进罐内的流动和整体循环,加速聚合物的溶解和熟化;采用翼型搅拌器下压操作（KCXD）与MS搅拌器同向运转操作方式最利于聚合物的溶解和熟化。     

双螺杆挤出机磨损程度对PP/GF共混过程流场的影响

本文采用数值模拟方法分析了同向双螺杆挤出机磨损程度对PP/GF共混物制备过程中混炼流场的影响。通过流变测试得到PP物料黏度与剪切速率的关系;对双螺杆挤出机混炼区域的螺纹元件建立三维模型,运用Polyflow软件对熔体在该区域的混炼流场进行分析,对比螺纹元件磨损前后的混炼流场的压力、速度、剪切速率和混合指数的分布。结果表明:随着双螺杆挤出机磨损程度的增大挤出机对聚合物熔体的剪切和拉伸作用减弱,其分散和分布混合能力也会随之降低。     

适用于高性能水基钻井液的纳米纤维素和生物聚合物研究

传统的高性能水基钻井液通常利用生物聚合物来达到提黏、悬浮固体以及控制井眼中的流体损失。为在日益苛刻的环境下扩大水基钻井液的应用范围，需采用有助于提高钻井效率、渗透率及提升水基钻井液体系在高温高压条件下的性能的新材料。其中纳米纤维素具备突出的机械、结构和热性能，在较低质量分数下增黏效果明显。以工业级牛皮纸浆为原料，以黄原胶、瓜尔胶等生物聚合物为增黏剂，在水性分散液中制备纳米纤维素CNF。通过观察流变性、分散稳定性及CNF与生物聚合物之间的协同作用可知，体系的黏度变化取决于与纳米纤维素共混的生物聚合物的类型，但与成分的质量平衡无关。在一些共混体系中，较低的生物聚合物质量分数便可增加共混体系的黏度，而其他共混体黏度却随质量分数增加而降低。基于此可将CNF与已经广泛用于水基钻井液的生物聚合物混合来达到提高体系性能目的，从而体系中可使用更少材料便可达到所需性能需求。     

垂直圆管内液氮流动沸腾的理论模型及数值模拟

分析了液氮流动沸腾过程中气液两相间动量、能量以及质量的传输规律,建立了相应的理论模型,新模型重点修正了界面面积浓度和气泡挣脱直径的计算式;采用新建立的理论模型作为封闭方程对CFX-4.3中内建的双流体模型进行了修正,并采用修正后的双流体模型模拟了液氮在垂直圆管内的流动沸腾过程.数值模拟的结果与文献中的实验数据吻合较好,证明了本文所建模型的合理性.通过数值模拟发现,两相流参数分布的不均匀性对液氮流动沸腾过程中的热质传输特性有重要影响.