哑铃式聚合物分子模型流变学数值研究

本文介绍了求解哑铃式分子模型位形空间分布函数扩散方程的数值方法,以及用这种方法计算的若干分子模型的流变性质。在通常情况下,将这一方法与求解流动守恒方程的边界元法相结合,便有可能用一个得不到本构方程的分子模型去代替连续介质力学本构方程,来模拟聚合物流体的复杂流动。本文还讨论了这一方法某些令人感兴趣的特点。

哑铃式聚合物分子模型流变性质的Brown动力学模拟

采用非平衡态Ｂｒｏｗｎ动力学方法（ＮＥＢＤ）模拟ＦＥＮＥ哑铃分子模型在定常拉伸流动和突然开始拉伸流动中的运动，计算流变性质，考虑位形相关Ｓｔｏｋｅｓ阻力系数等模型参数的影响，并从非线性随机动力学角度，分析相图。

计量置换模型在分子印迹聚合物色谱分离中的应用

以N叔丁氧羰酰L色氨酸为印迹分子,制备了分子印迹聚合物. 色谱评价的结果表明该聚合物对印迹分子有特异选择性的吸附作用. 依据液相色谱溶质计量置换保留模型(SDMR),分析了印迹分子与固定相和流动相分子间的相互作用机理. 发现在以异丙醇、乙腈混合液为流动相时,印迹分子与固定相吸附时覆盖的活性位点数量是其对映体的1.2倍;印迹分子失去的溶剂分子数是其对映体的1.5倍. 可以认为, 在这种条件下,分子识别作用主要是由于分子印迹聚合物中的三维孔穴结构.

改进的Vrentas-Duda扩散模型及其应用 (Ⅰ)预测弱极性分子在聚合物膜中的扩散系数

在膜分离过程中,渗透物分子在聚合物膜内的扩散过程,是影响聚合物膜分离性能的关键因素.详细考察了目前被广泛使用的Vrentas-Duda扩散模型,对其进行改进,提出了新的计算ζ的公式.根据新提出的公式,对聚苯乙烯/甲苯(PS/toluene)、聚苯乙烯/乙苯(PS/ethylbenzene)、聚乙酸乙烯酯/甲苯(PVAc/toluene)3种体系中弱极性渗透物分子的扩散系数进行了预测,其较之原Vrentas-Duda扩散模型、Ju改进的Vrentas-Duda扩散模型有更好的预测结果.

聚合物分子模型的Brown动力学模拟

介绍了研究聚合物分子模拟流变性质的Brown动力学模拟方法，综述了有关这方面的研究工作．在通常情况下，将分子模型的数值模拟与求解流动守恒方程的数值解法相结合，便有可能用分子模型去代替连续介质力学的本构方程，来模拟聚合物流体的复杂流动．本文介绍了这一方法的产生背景、最新进展以及优点．

基于分子模型的支化聚合物流变性能模拟

通过布朗(Brown)动力学方法模拟了有限伸展非线性弹性(FENE)珠-簧链支化聚合物分子模型在稳态和瞬态剪切流场中的运动,得到分子构象信息,同时对支化聚合物分子力场进行计算分析,模拟支化聚合物流变性质,研究支链长度、弹簧模型参数和剪切速率等对该模型定常与非定常流变性质的影响。结果表明,珠簧链模型能够较好地描述支化聚合物分子结构,随支链长度的增加,支化聚合物黏度升高,随剪切速率的升高,伴随有假塑性剪切变稀现象发生,并且弹簧拉伸常数不同,支化聚合物黏度稳态值也不同。

聚合物溶液分子热力学 GCM 模型的应用研究

在筛选出ＧＣＭ模型作为今后考察、改进和模型参数基团化的首选模型的基础上，进一步用ＧＣＭ模型关联了常温下所测的汽液平衡实验数据以及另外一些系统的汽液平衡实验数据关联结果表明，ＧＣＭ模型对种类广泛的系统的汽液平衡是适用的。

富勒烯聚合物的分子模型预测

采用分子图形软件编辑设计出Ｃ６０的可能聚合构型（Ｃ１１８，Ｃ１２８，Ｃ１３８，Ｃ１７８及Ｔｄ，Ｄ６ｄ，Ｄ５ｄ和Ｄ２ｄ点群的Ｃ１２０分子），对它们进行分子力学优化，并计算出Ｃ１２０分子的各种聚合形式力学能量值，从中可看出以单链连接的哑铃状结构的Ｃ６０二聚体稳定存在的可能性很少。而经离解重组的笼状结构体系能量较低。文章还进一步讨论并描绘了Ｃ６０聚合过程中可能经历的结构重组过程与机理。

振动力场作用下聚合物熔体分子动力学(Ⅰ) 运动模型

引入振动力场以后,聚合物熔体分子的运动模式和状态都会发生变化。研究聚合物熔体分子在振动力场作用下的运动过程对于准确把握聚合物材料成型加工过程的各物理性能具有重要意义。本文建立了振动力场作用下聚合物熔体分子运动的珠-簧物理模型,运用统计力学方法求解该模型,得到了聚合物分子的动态松弛时间与振动频率的关系表达式,研究该式可以发现,聚合物的松弛时间是与振动频率密切相关的,当其他参数固定时,松弛时间随振动频率增加而减少。为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。

高分子聚合物松弛行为及模型的研究进展

高分子聚合物材料作为一种使用频率高且应用范围广的材料,其松弛行为对于其加工制品的精度具有重要的影响,且高分子化学合成的结果会最终影响高分子聚合物的松弛行为。由此总结了高分子聚合物松弛行为的特点,整理了其力学松弛及模型、松弛时间的研究进展。并由此提出现阶段高分子聚合物的松弛行为研究的局限性,并指出未来的研究方向。

聚合物分子量对聚合物驱油效率的影响

在人工均质岩芯和变异系数０．７２的二维纵向非均质岩芯上，用３种分子量（５５０万、１１００万、１８００万）的聚合物溶液在等浓度（１０００ｍｇ／ｌ）和等粘度（１１．０２ｓ－１、４５℃下３４．５ｍＰａｓ左右）两种条件下进行了驱油实验。随着聚合物分子量的增大，均质和非均质岩芯上的驱油效率在等浓度驱替条件下有大幅度升高，在等粘度驱替条件下也有一定程度的升高。在大庆油田，选用高分子量的聚合物有利于提高聚合物驱的经济效益。

聚合物分子量与驱油效率关系的实验研究

本文从大庆油田油层非均质特点出发，设计并制作了渗透率变异系数为０．６８的非均质油层物理模型，通过三种不同分子量聚合物在该物理模型上的驱油实验，证实了聚合物分子量与驱油效率之间的内在关系，这将为大庆油田聚合物驱最佳分子量选择提供实验依据。

利用聚合物驱产出液浓度剖面模型确定不可入孔隙体积和滞留孔隙体积

聚合物驱数值模拟中不可入孔隙体积和吸附滞留孔隙体积等物理化学参数往往不易准确获得,严重影响了聚合物驱数值模拟结果和矿场动态预测效果。该文以聚合物驱互溶驱替理论为基础,介绍了聚合物驱产出液浓度剖面模型的测定与分析方法。实验测得了大庆油层条件下的聚合物驱产出液浓度剖面模型,求出了相应的不可入孔隙体积和吸附滞留孔隙体积。通过浓度剖面模型确定不可入孔隙体积和吸附滞留孔隙体积的方法,具有操作简单、准确、易于掌握等特点。研究成果对聚合物驱数值模拟技术、聚合物驱方案设计和矿场动态监测有指导意义。

半晶态聚合物的分子动力学模拟

采用粗粒化聚乙烯醇模型,应用分子动力学方法模拟熔融态聚合物经过缓慢冷却、局部结晶形成半晶态聚合物的过程.静态结构因子的演变显示出在结晶初期小角散射强度的增大先于布拉格峰的出现,这与小角/大角X射线散射实验现象相一致.模拟得到的半晶态聚合物呈现为折叠链构成的晶区与非晶区交杂在一起的结构形态,与缨状微束结构模型相一致.研究发现在不同的冷却阶段具有不同的有序结构形成机制.从结晶温度到玻璃化温度的凝固过程中,存在分子链的伸展和伸直分子链之间平行排列两种形式的结构转变;而在玻璃化温度之后,材料的活性只允许调整伸直分子链之间的相对排列位置.

具有弥散和扩散模拟功能的三维三相聚合物驱油数学模型

为使数值模拟技术能更加准确地描述聚合物驱油过程发生的复杂物理化学现象，研制了具有弥散和扩散模拟功能的三维三相聚合物驱油数学模型。建立了描述聚合物和阴阳离子在多孔介质中运移的物质传输和驱油机理数学模型，从对流、弥散和扩散等方面描述物质运移过程，从弹性、黏性和多种相对分子质量聚合物混合特性描述聚合物驱油机理；将物质传输和驱油机理数学模型与油气水三相黑油数学模型合成并求解，形成聚合物驱油数学模型。模型能够模拟黏弹性和多种相对分子质量聚合物驱油机理以及化学物质在多孔介质中运移所发生的对流、弥散、扩散、吸附等物化现象，可以进行聚合物驱油的机理研究、现场方案优化和开发效果预测。

基于零流电位法的氯吡脲分子印迹聚合物印迹吸附

氯吡脲(Forchlorfenuron,简称CPPU)是水果、蔬菜等常用的一种膨大剂,它的分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer,简称MIP)印迹吸附自身模板分子的机理对今后应用MIP吸附清除蔬果残留CPPU及其监测具有重要的理论意义。基于界面双电层变化的零流电位法在研究物质之间的相互作用方面有显著的优势。据此,在293.15 K下,采用零流电位法,以MIP印迹吸附模板分子前后零流电位变化率作为吸附容量,考察了电化学聚合法所制备的氯吡脲分子印迹聚合物(CPPU-MIP)印迹吸附模板分子CPPU的等温模型、吸附机理和动力学反应特点。结果发现:所拟合的7种等温模型(Langmuir、Freundilich、Langmuir-Freundlich、Dubinin-Radushkevich、Temkin、Henry以及BET)中,只有Langmuir-Freundlich和BET方程更适合描述CPPU-MIP对CPPU的吸附,显示单分子层与多分子层吸附共存的特点;在0~240 s范围内,CPPU-MIP对CPPU的吸附过程可分为快速吸附、慢速吸附和趋于平衡3个阶段,其中前30 s即可完成快速吸附,可达到79.7%的吸附率,超过90 s后趋于饱和平衡;在拟合的Elovich、准一级和准二级3种动力学方程中只有准二级动力学方程更能反映CPPU-MIP吸附模板分子的动力学过程,说明该吸附有化学键形成;对CPPU-MIP的吸附容量与吸附时间的平方根关系曲线研究发现其并不过原点,进一步说明CPPU-MIP对CPPU的吸附呈现孔扩散和化学吸附共存的吸附机制。

基于地质模型的聚合物驱控制程度计算方法

聚合物驱控制程度对于聚合物驱的层系组合方式、井距大小、注入参数的设计起着至关重要的作用,其准确性直接影响到开发方案编制,进而影响聚合物驱的开发效果。随着油田开发过程中室内试验和矿场监测工作的进行,精细油藏描述和聚合物驱等多学科油藏研究的深入,聚合物驱控制程度的计算精度进一步提高。以矿场计算方法为基础,利用三维地质模型能够描述砂体平面和纵向上变化的特点,统计模型油层中聚合物溶液波及的网格体积占总网格体积的比例,实现了聚合物驱控制程度的精确计算。

振动力场作用下聚合物熔体分子动力学(Ⅱ) 表观黏度的影响

在本文(Ⅰ)报所建立的振动力场作用下聚合物分子运动物理模型和解析模型的基础上,推导出了振动诱导作用下聚合物熔体动态表观黏度与振动频率的关系表达式。通过实例计算和动态流变仪实验验证,证明了该模型的正确性和有效性,并且得出结论:振动力场作用下,聚合物熔体的表观黏度与振动频率密切相关,表观黏度随振动频率增加而减小;当振幅大于聚合物分子链长度时(一般都会大于分子链长度),再增加振幅对表观黏度的影响不大。证明了(Ⅰ)报中物理模型以及数学推导的正确性,为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。

聚合物分子稀溶液在拉伸流中的Brown动力学模拟

近年来,Brown动力学模拟方法作为研究聚合物分子流变学及动力学性质的一种有力工具,受到广泛关注。文章简要介绍聚合物分子稀溶液在拉伸流中的Brown动力学模拟的研究方法,包括聚合物分子的力学模型及模拟的基本方法;总结和分析近20年来哑铃模型、珠杆链模型以及珠簧链模型在拉伸流中的Brown动力学模拟的有关研究工作的进展。最后展望了未来研究工作的主要方向及关注重点。

利用随机有限元法模拟聚合物血管支架降解过程

目的针对生物可降解血管支架植入后产生的晚期支柱血栓问题,建立随机有限元模型,从分子量和应力角度对聚合物血管支架降解过程进行生物力学分析。方法建立以聚乳酸(poly lactic acid,PLA)高分子材料为例的可降解血管支架降解过程的数学模型,利用COMSOL软件将数学模型导入并完成有限元模型的构建;对有限元模型进行随机化处理,分析不同随机参数和标准差对分子量的影响以及降解过程中的应力分布。结果可降解聚合物血管支架在人体的降解过程中,随机变量M_(n0)和8%标准差对分子量分布的影响最为显著;参数随机化会导致聚合物血管支架降解过程中断裂强度的分布范围更广,最小值更低。结论聚合物血管支架材料中分子量分布的不均匀性导致支架不同位置上的力学性能差异,进而引起材料内部的应力集中现象,最终导致支架在降解过程中发生非均匀破碎,成为后期支架血栓形成的决定性因素。研究结果为下一代可降解血管支架设计提供理论指导。