近平衡态与快速启动剪切下缠结高分子流体流变行为研究

利用布朗动力学模拟和基于管子模型的GLaMM理论计算,探讨了缠结高分子流体在近平衡态和快速启动形变下的流变行为.结果表明,在线性区,除了一些较小的偏离外(例如,在Rouse松弛时间尺度上,GLaMM理论计算的应力松弛快于其实验测量值),GLaMM理论与实验基本吻合.然而,在快速启动形变下,即使把时间尺度换为τd,理论与模拟仍有显著差异,这些结果完全证实了我们先前作出的被拉伸的缠结网络抑制解缠结发生、应力过冲的分子机理是被拉伸的高分子链发生回缩等重要结论.此外,模拟还发现应力过冲点所对应的应变值随剪切速率的增加而增加,这一结果与现有的大量实验结果吻合,但是与管子模型的期望完全不符.这些发现质疑了管子模型分子链在光滑无势垒管道中自由收缩的分子图像.

梳形聚合物在启动剪切下的分子动力学模拟研究

采用非平衡分子动力学模拟方法研究了接有较短支链的非缠结梳形聚合物熔体对启动剪切流的响应,并与线形聚合物进行了比较.模拟发现,对不同的剪切强度,接有较短支链的非缠结梳形聚合物熔体的应力-应变响应与线形聚合物的变化趋势基本相同,仅在数值上存在差异.此外,进一步研究了梳形聚合物在启动剪切下的结构变化.结果表明,与梳形聚合物的主链相比,短支链在启动剪切下的拉伸较为微弱,且对非缠结梳形聚合物流变行为的影响较弱,致使梳形聚合物在启动剪切场下的性质与线形聚合物相似.

胶凝原油试验管路的启动特性

针对胶凝原油管道停输后再启动压力远低于计算预测启动压力的技术难题,使用管流试验装置研究了胶凝原油管路的启动特性。依据对胶凝原油管道停输启动过程的理解,提出胶凝原油管道存在对应的临界启动剪切率和启动屈服应力。胶凝原油管路启动过程分为控制流量启动过程和控制压力启动过程。控制流量启动过程研究发现,受含蜡原油轻组分影响,试验管路内胶凝原油表现出"韧性"和"脆性"两种特性,"韧性"原油不含轻组分,胶凝结构强度与停输前的预剪切过程、停输静止时间、停输降温幅度、启动温度及启动剪切率相关;"脆性"原油含轻组分,胶凝结构强度主要取决于停输降温幅度和启动温度。胶凝原油的启动屈服应力取决于胶凝结构强度和静态降温过程的体积收缩;试验管路的启动速度与胶凝原油的结构强度和启动剪切率相关。控制压力启动过程研究发现,启动油温越高,试验管路全线启动速度越快;在相同启动油温下,启动压力越低,试验管路全线启动速度越慢;对应相同启动温度,存在临界启动压力。相关研究结果为深入研究胶凝原油停输再启动过程和指导工程实践奠定了理论基础。

非缠结对称缔合链在蠕变过程中的动力学行为研究

首先介绍具有摩擦系数分布的Rouse链的动力学分析方法,并检验了其应用于预测未缠结缔合高分子动力学行为的可行性.之后利用上述方法研究不同缔合点数量的高分子链分别在固定应变速率的启动剪切(start-up)和固定应力的蠕变(creep)测试过程中,链段的取向函数随时间的变化行为.阐明了缔合体系在蠕变条件下,高分子链从链段相对独立的运动到整链协同运动的转变机制.