剪切流场中聚乙烯结晶过程的建模与模拟-化工学报.PDF

第 67 卷 第 5 期 化 工 学 报 Vol.67 No.5 2016 年 5 月 CIESC Journal May 2016 剪切流场中聚乙烯结晶过程的建模与模拟 1,2 2 阮春蕾 ，刘春太 1 2 （河南科技大学数学与统计学院，河南 洛阳 471023 ； 橡塑模具国家工程研究中心，河南 郑州 450001 ） 摘要：基于 Eder 模型推导了剪切流场中球晶、串晶形态演化的数学模型，将第一法向应力差作为串晶成核的驱动， 并引入两相悬浮模型描述体系，认为其由无定形相和半结晶相组成，分别用 FENE-P 模型和刚性哑铃模型描述。 基于上述数学模型，分别构造了捕捉球晶、串晶生长的 Monte Carlo 法与体系控制方程求解的有限差分法，成功 模拟了二维剪切流场中聚乙烯的结晶过程，给出了球晶、串晶的形态演化，分析了剪切时间、剪切速率对串晶成 核密度、结晶速率、流体黏度等的影响。数值结果表明：所构造的 Monte Carlo 法合理有效，不仅成功捕捉了晶 体的生长与碰撞，而且较为准确地预测了结晶速率。此外，提高剪切时间或剪切速率，将增加串晶成核密度、提 高结晶速率、使流体黏度突增的时间点提前。 关键词：流动诱导结晶；形态学；动力学；Monte Carlo 模拟；结晶 DOI ：10.11949/j.issn.0438-1157 中图分类号：O631.+3 文献标志码：A 文章编号：0438—1157 （2016 ）05—2144—08 Numerical simulation of morphology and kinetics of polyethylene in shear flow RUAN Chunlei1,2, LIU Chuntai2 1 ( School of Mathematics and Statistics, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, Henan, China; 2National Engineering Research Center for Advanced Polymer Processing Technology, Zhengzhou 450001, Henan, China) Abstract: The mathematical model of morphology evolution of spherulites and shish-kebabs in the shear flow is deduced based on the Eder model. The model considers that the nucleation and growth of spherulites are determined by the static temperature, while the nucleation and growth of shish-kebabs are determined by the flow, which is depended on the first normal stress difference of the system and the she