聚合物熔体结晶的相场方法及多尺度耦合算法研究
结题报告
批准号:
12226351
项目类别:
数学天元基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
黄云清
依托单位:
学科分类:
复杂问题的可计算建模与数值模拟
结题年份:
2023
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
李强
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中文摘要
聚合物加工过程中,结晶性聚合物熔体将经历从流动到结晶的转变,流动诱导结晶行为是影响制品结晶形态并决定制品性能的关键因素,然而流动诱导结晶的机理尚不十分清楚。本项目基于耦合相场-有限体积-格子玻尔兹曼方法,对流动诱导聚合物结晶行为进行多尺度建模和计算研究。首先,采用浸入边界-有限体积法求解粘弹性流体控制方程,实现聚合物宏观流动的数值模拟。其次,采用相场-浸入边界-格子玻尔兹曼方法模拟介观流动诱导结晶生长,并给出相应的误差分析和精度检验。最后, 通过物性参数实现宏-介观尺度的耦合,探析宏观流动对介观结晶行为的影响机理。本项目的实施不仅可以丰富和加深对流动诱导结晶机理的认识,而且可以为聚合物结晶行为提供新的计算模型和模拟方案。
英文摘要
In the polymer processing process, the melt of crystalline polymer undergoes a transition from flow to crystallization. The flow-induced crystallization behavior is a key factor affecting the crystallization morphology and properties of products, but the mechanism of flow-induced crystallization is not very clear. In this project based on the coupled phase field-finite volume-lattice Boltzmann method, we will conduct the multi-scale modeling and computational research on the behavior for flow-induced polymer crystallization. Firstly, the immersed boundary-finite volume method is used to solve the governing equation for viscoelastic fluid and the polymer macroscopic flow is numerically simulated. Secondly, the phase field-immersed boundary-lattice Boltzmann method is used to simulate mesoscopic flow-induced crystallization growth, and the corresponding error analysis and accuracy test are provided. Finally, the macro-mesoscopic scale coupling will be realized by physical parameters, and the influence mechanism of macroscopic flow on mesoscopic crystallization behavior will be analyzed. The implementation of this project can not only enrich and deepen the understanding of the mechanism for flow-induced crystallization, but also provide the new numerical model and simulation programme for polymer crystallization behavior.
本项目基于改进的相场模型及相应的多尺度耦合算法,对半结晶聚合物宏观流动和介观结晶行为进行多尺度建模和模拟研究。首先,采用浸入边界-有限体积方法求解粘弹性熔体控制方程,利用耦合水平集流体体积(CLSVOF)方法追踪熔体前沿界面,实现了宏观聚合物流动的数值模拟。其次,采用相场-浸入边界-格子玻尔兹曼方法模拟介观流动诱导结晶生长,实现了球晶和串晶生长的数值模拟。最后,以宏观模拟得到的速度和温度作为初始条件,实现了宏-介观尺度的耦合,探析了流动速度对介观结晶行为的影响机理。此外,给出了基于相场的水平集(PFLS)方法及其有限差分离散格式。数值结果表明,改进的相场模型及其耦合算法可以成功地模拟球晶和串晶的生长过程;流动对结晶形貌会产生显著影响,使得迎流方向的晶体部分生长得更快、更致密;界面追踪PFLS方法不仅具有水平集方法易于处理拓扑界面的能力,而且具有较好的质量守恒性。本项目的实施为聚合物结晶行为提供了新的计算模型和模拟手段,为下一步预测和优化制品的物理性能打下了坚实基础。本项目资助的访问学者李强在访学期间,系统学习了改进的相场模型、多尺度耦合算法及高精度有限差分格式等方面的知识,完成了访学的内容和目标。
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
分数阶 Navier-Stokes 耦合方程的有限元方法研究
  • 批准号:
    12026254
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
超材料中电磁场数值模拟的有限元重构技术及自适应方法
  • 批准号:
    11971410
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
奇异摄动对流扩散方程的高阶谱配置法研究
  • 批准号:
    11826212
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
应用数学天元数学暑期学校
  • 批准号:
    11826026
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
华罗庚数学奖获得者座谈会及数学普及活动
  • 批准号:
    11726402
  • 项目类别:
    数学天元基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
相场数学模型及相关数学问题高精度数值方法
  • 批准号:
    91430213
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    350.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
用户友好型高效数值方法研究及应用
  • 批准号:
    11031006
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    160.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
有限元的校正法与自适应计算
  • 批准号:
    19201028
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    2.0万元
  • 批准年份:
    1992
  • 负责人:
    黄云清
  • 依托单位:
国内基金
海外基金