4數值仿真結果

4.1液滴形變

圖6是計算流體力學(xué)后處理軟件所得到的聚合物液滴各時(shí)刻形態(tài)圖［條形柱表示POE相（Phase-2）的體積分數］?？梢钥闯?，PS細絲在POE基質(zhì)中變形趨勢大致與實(shí)驗過(guò)程一致。

圖6聚合物液滴形態(tài)隨時(shí)間演化（仿真）

由計算流體力學(xué)后處理軟件所得到的液滴形態(tài)變化圖，可以看到液滴由最初的圓柱形變化成橢球形，再由橢球形變化成球形。與實(shí)驗所得到的各時(shí)刻形態(tài)圖液滴變化趨勢相同，時(shí)間上略有誤差，可能是由于基質(zhì)導熱速率、加熱臺功率，以及室溫的影響。

圖7為數值仿真過(guò)程中液滴三軸隨時(shí)間演化規律。綜合對比圖4和圖7，數值仿真軟件與實(shí)驗過(guò)程中球形液滴的三軸長(cháng)度變化趨勢基本一致?？梢钥闯?，在體積保持不變的假設下，球形液滴的第二半軸和第三半軸變形頻帶是不一致的。該結果表明一些黏彈性液滴的變形和收縮不嚴格符合仿射變形假設（即第三半軸W始終等于第二半軸B），這與文獻結果類(lèi)似。數值仿真結果中液滴最終形態(tài)不是一個(gè)三軸長(cháng)度相等的球形，主要原因是仿真過(guò)程中使用的非牛頓流體的本構模型只對黏性項進(jìn)行了修改，而忽視了彈性應力的影響，因此與理論計算結果有一定誤差。

圖7 230℃時(shí)PS液滴在POE基質(zhì)中的三軸時(shí)間演化（仿真）

4.2界面張力與黏度比

為了研究黏度比對聚合物體系界面張力的影響，選擇PS/POE聚合物體系，流場(chǎng)域模型及網(wǎng)格數目不變化，邊界條件、多相流模型等其他條件不變化，只改變黏度模型中的零剪切黏度，所用PS/POE材料的零剪切黏度來(lái)自表1，結合數值仿真殘差值與形態(tài)圖，確定仿真收斂時(shí)間。圖8為不同黏度比下仿真得到的液滴形態(tài)圖，條形柱表示POE相（Phase-2）的體積分數。

圖8不同黏度比系統下液滴形態(tài)隨時(shí)間演化圖：（a－c）黏度比0.94，（d－f）黏度比0.46，（g－i）黏度比0.29，（j－l）黏度比0.16

觀(guān)察液滴最后由橢球到球形的形態(tài)變化過(guò)程，利用界面張力計算模型，計算出不同黏度比下聚合物體系的界面張力，如圖9所示。

圖9黏度比與界面張力關(guān)系圖

可以看出，系統黏度比從0.16~0.94逐漸增大的過(guò)程中，PS/POE體系的界面張力隨黏度比的增大而增加。

5結論

采用數值模擬技術(shù)研究PS/POE體系界面張力，著(zhù)重考察了PS/POE體系的黏度比對界面張力的影響，系統黏度比越大，聚合物界面張力越大，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗步驟，更新實(shí)驗裝置，采用橢球液滴回縮法測量PS/POE體系界面張力，對比分析了數值仿真與實(shí)驗過(guò)程中液滴在流場(chǎng)作用下的流變行為，液滴形態(tài)變化過(guò)程接近，模擬結果與實(shí)驗結果吻合較好。測量得到PS/POE體系在230℃，液滴直徑為1.79 mm時(shí)的界面張力值為0.397 mN/m，進(jìn)一步驗證了數值模擬方法的可靠性。本文的有關(guān)研究結果，對聚合物共混物的改性?xún)?yōu)化、實(shí)驗測量聚合物體系界面張力以及數值仿真模擬多相流具有一定的參考價(jià)值。然而，現有的理論只考慮了體系的黏性特性，而忽略了彈性特性。結合實(shí)驗與仿真，可以看到，理論模型對于球形液滴的描述還存在一定的誤差，因此，在后續的研究中，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)將彈性因素加載到理論模型中，進(jìn)一步優(yōu)化理論模型，能夠更準確描述流場(chǎng)中液滴變形行為。

定性分析聚合物界面張力與系統黏度比之間的關(guān)系——實(shí)驗

定性分析聚合物界面張力與系統黏度比之間的關(guān)系——數值模擬

定性分析聚合物界面張力與系統黏度比之間的關(guān)系——數值仿真結果、結論