嵌件平板收缩流支化聚合物黏弹行为的数值模拟

选取基于Doi-Edwards模型发展起来的XPP模型作为聚合物浓厚体系的本构关系,采用同位网格有限体积法结合数值求解的稳定化技术首先对4∶1平板收缩流进行了全域模拟,而后对聚合物成型中常见的嵌件收缩流进行了模拟。得出了4∶1平板收缩流和嵌件收缩流中流函数、拉伸量、第一法向应力差、第二法向应力差等值线的变化趋势,讨论了嵌件对聚合物浓厚体系行为的影响。数值结果表明,随着嵌件中心位置的变化,聚合物宏观信息表征量发生明显的变化,特别是收缩区上游拐角处涡的大小、形状以及嵌件后侧到收缩处拉伸量的变化非常显著。

平板收缩流动的同位和交错网格FVM模拟及比较

本文分别用同位和交错网格有限体积法模拟了4:1平板收缩流动过程,并将两种方法所得结果进行了比较分析,其中同位网格有限体积法采用动量插值方法解决速度与压力的失耦问题。算例表明,同位网格有限体积法和交错网格有限体积法对于4:1平板收缩流动过程的模拟结果吻合。这说明同位网格有限体积法不仅算法简洁、实现方便,结果可靠,而且容易扩展应用于非结构网格及高维问题的模拟。

平板收缩流的对数构象模拟

本文采用对数构象方法,结合同位网格有限体积离散,对由Oldroyd-B本构模型描述的粘弹性流体流动的高We数问题(High Weissenberg Number Problem,HWNP)进行了研究,对等温不可压条件下的平面Poiseuille流和4:1平板收缩流进行了数值模拟.平面Poiseuille流在不同We数时的数值结果验证了对数构象方法在简单流动中的有效性.在4:1粘弹性收缩流的数值模拟中,对数构象方法和传统方法在低We数时流场中的流线、应力等的对比结果验证了对数构象方法在复杂流动中的有效性.高We数时的数值结果表明:对于Oldroyd-B模型,对数构象方法可提高求解时的稳定性,并可将临界We数由传统方法的2.5提高到5.0.

4∶1粘弹性收缩流动中纤维取向研究

利用纤维生成算法,研究了4∶1粘弹性收缩流动中的纤维取向。直接在流场中生成纤维,通过求解Jeffery方程,得到纤维在流场中的取向状态。结果表明在4∶1平板收缩流中,在靠近壁面且远离拐角的区域,流场中主要是剪切作用占主导地位,而纤维呈现周期性旋转状态;在接近中轴线的位置,流场中转变为拉伸作用占主导地位,纤维沿单轴拉伸;在在上游拐角区域和收缩入口处,流动相对复杂,纤维的取向也相对复杂,因为流动以旋转为主,所以纤维取向也随着出现不规则旋转。

基于Brown构形场方法的二维收缩流模拟

本文结合同位网格有限体积离散,应用Brown构形场方法对二维粘弹性流动问题进行了数值模拟.首先,通过对平面Couette流的数值模拟验证了Brown构形场方法求解简单流动问题的有效性.其次,应用Brown构形场方法对二维收缩流问题进行了数值模拟,分析了We数对流动特征的影响.数值结果表明,该方法具有高效、稳定性强和对流项处理简单的优点.另外,采用方差缩减技术能很好地抑制收缩口附近产生的非物理应力振荡.

基于非结构化网格同位有限体积法的粘弹流体数值模拟

采用基于非结构化三角网格的同位有限体积法模拟了聚合物溶液平板收缩流。其中,聚合物溶液微观尺度大分子的信息通过FENE-P本构模型得以在宏观场上体现。数值求解过程中,速度与压力、速度与应力间的耦合通过动量插值实现。通过与结构化网格数值结果及实验结果的比较,验证了该方法在粘弹流动问题求解中的正确性。与此同时,文中根据构象张量给出了分子微观结构直观的可视化描述方法,并分析了不同流动区域分子形变以及分子取向等微观信息。