Accurate Closure for the Configuration Dynamics and Rheology of Dilute Polymer Chains in Arbitrary Flows
Accurate Closure for the Configuration Dynamics and Rheology of Dilute Polymer Chains in Arbitrary Flows
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任意流中稀聚合物链构型动力学和流变学的精确闭合
DOI：
10.1021/acs.macromol.0c02342
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
5.5
通讯作者：
Larson, Ronald G.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Saha Dalal, Indranil;Kumar, Praphul;Larson, Ronald G.
我们提出了一个新的，“FENE模式”，本构模型的构象和应力动力学的稀释聚合物链在任意流量，通过预平均方程的正常模式使用的“代表性”弹簧常数，取决于第一和第二模式的大小，占整体链拉伸和链折叠。使用该模型的模拟比多弹簧布朗动力学（BD）模拟快几个数量级，但比其他预平均模型保留更多的准确性。这是证明通过比较的FENE模式模型的预测与BD模拟在启动单轴拉伸，松弛后停止这种流动，稳定剪切，和混合流。对于所有的情况下，我们发现，即使当很少的模式被使用，瞬态和最终的稳态构象和应力是在更好的协议与BD预测比现有的预平均FENE-P和FENE-PM模型。延伸的方法更重要的情况下，纠缠聚合物的可能性也进行了讨论。由于该模型允许成本精度的权衡，通过选择使用的模式的数量，该模型应该是理想的聚合物流动的多维模拟。
We present a new, “FENE-mode”, constitutive model for conformation and stress dynamics of dilute polymer chains in arbitrary flows, obtained by preaveraging equations for the normal modes using a “representative” spring constant that depends on the magnitudes of both the first and second modes, accounting for both overall chain stretch and chain folds. Simulations with this model are orders of magnitude faster than with multi-spring Brownian dynamics (BD) simulations and yet retain more of their accuracy than other preaveraged models. This is demonstrated by comparing the predictions of the FENE-mode model with those from BD simulations in startup of uniaxial extension, relaxation after cessation of this flow, steady shear, and mixed flows. For all cases, we find that, even when few modes are used, the transient and final steady-state conformations and stresses are in much better agreement with BD predictions than those of the existing preaveraged FENE-P and FENE-PM models. The possibility of extension of the approach to the more important case of entangled polymers is also discussed. Because the model allows cost-accuracy trade-offs to be made through choice of the number of modes used, the model should be ideal for multidimensional simulations of polymer flows.
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