固液界面高分子吸附研究(Ⅰ)──模型的建立和检验

从常用密堆积格子模型导出了高分子溶液中自由高分子链节的几率表达式,在此基础上,通过类比的方法,建立了固液界面层中自由高分子链节的几率表达式,与DiMarzio-Rubin的高分子统计矩阵方法相结合,从而建立了基于密堆积格子的固液界面吸附模型．模型预测的高分子在界面层中的浓度分布与MC计算机模拟结果进行了比较,表明基于RevisedFreed和Guggenheim模型的固液界面吸附模型的计算结果比基于Flory-Huggins理论的模型计算结果,更接近于MC模拟值．     

多分散高分子在固液界面吸附层厚度的Monte Carlo模拟

在格子模型基础上用Monte Carlo方法模拟研究了多分散高分子在固液界面的吸附行为,重点考察了平均分布和正态分布两种不同链长分布形式的高分子在固液界面吸附层厚度的分布规律,模拟结果与概率统计模型计算的吸附层厚度分布趋势一致。随着系统温度升高,高分子链节热运动加剧,吸附层厚度的极值增大,大吸附层厚度的密度也有所增加。而链节吸附作用能的增大能显著压缩吸附层厚度,导致吸附层厚度极值分布前移,但固液吸附界面的表面覆盖率显著增大。高分子链长的分布形式对吸附层厚度有着显著的影响,平均分布的高分子体系对温度和链节吸附能以及高分子浓度的变化比较敏感。     

共聚高分子吸附的Monte Carlo模拟

用MonteCarlo方法对选择性溶剂中两嵌段共聚高分子在固液界面的吸附进行了模拟 ,获得了吸附等温线以及吸附层厚度、链附着率、表面覆盖率、链节浓度分布等表征吸附层结构的信息 ,同时模拟获得了固液界面区吸附构型大小及分布等表征高分子构型的微观信息 ,考察了吸附性链节A所受的对比排斥能、链组成以及体相浓度等因素对这些参数的影响 .     

Monte Carlo模拟随机共聚高分子在固/液界面的吸附行为

用Monte Carlo方法对无规共聚高分子在固液界面的吸附进行模拟,获得了固液界面区吸附链节的分布和吸附构型大小的分布等微观信息,以及总链节和吸附链节密度分布、链附着率、表面覆盖率、吸附量和吸附层厚度等宏观信息.考察了吸附性链节的对比吸附能ε_Aa和无规共聚高分子中吸附性链节比率f对它们的影响.结果表明,界面附近的高分子以尺寸较小的环式和卧式构型分布为主,而尾式构型分布较宽.当f增大时小环式构型迅速增加,卧式构型的分布则变宽.随着ε_Aa和f的增大,链附着率、表面覆盖率和吸附量等均随之增加,而吸附层厚度变薄.     

固液界面多分散高分子吸附

采用构作配分函数而后求极值的方法,将Scheutjens-Fleer模型推广到多分散高分子吸附情形,并采用适当的计算方法,解决了长期以来人们难以解决的多分散高分子模型计算上的困难,研究了固液界面区域多分散高分子的微观吸附行为、多分散指数对吸附层性质的影响以及各种微观构象的链段大小的几率分布.结果表明,相对分子质量大的高分子优先吸附于界面,多分散指数对吸附行为具有较大影响.     

基团贡献法预测高分子溶液汽液平衡

以胡英等人的密堆积双重格子模型为基础，建立了一个新的高分子溶液汽液平衡预测的基团贡献方法。模型由三部分构成：混合熵和自由体积的贡献，ｖａｎｄｅｒＷａａｌｓ相互作用能的贡献和氢键等特殊相互作用能的贡献。     

用密度泛函理论研究二元体系的液液界面张力

应用密度泛函理论和统计缔合流体理论建立了二元液液界面的状态方程 ,通过纯流体汽液平衡时的压力数据和液相密度数据回归了非极性流体和极性流体的链节参数 .将界面分层 ,使用已建立的状态方程和回归的纯流体链节参数 ,根据界面各微层达到相平衡时化学势相等的原则计算了液液界面层的厚度和液液界面中的密度分布 ,预测了 16个水 -有机溶剂二元体系的液液界面张力 .计算结果与实验值符合情况良好 .     

用晶格模型预测多组元固液界面上的吸附平衡

在晶格模型基础上，提出了预测多组元液体混合物在能量非均匀固体表面上吸附平衡的新方法，得到了吸附相活度系数表达式，计算多组元固液吸附平衡只需二元体系参数．对于硅胶自苯-甲苯-环己烷溶液、活性炭自苯-乙醇-环己烷溶液和活性炭自苯-乙酸乙酯-环已烷溶液中的吸附等3个三元体系，用本文方法进行了计算，预测结果令人满意．     

共聚高分子溶液的分子热力学模型

引　言共聚高分子因具有很多均聚高分子所没有的性质而受到人们的广泛关注 .但文献中发表的有关共聚高分子系统的汽液相平衡 (ＶＬＥ)数据较少 ,能够用于关联或预测的分子热力学模型也不多 .最常用的模型是基于密堆积格子模型的Ｆｌｏｒｙ -Ｈｕｇｇｉｎｓ理论及其改进模型 .近年来 ,在严格的统计力学理论基础上建立非格子的链状流体状态方程引起了人们更大的兴趣 ,并相继建立了一些具有实用价值的状态方程[1～ 5] .对于共聚高分子系统 ,Ｈｉｎｏ等人[6 ]建立了实用的状态方程 ,Ｂａｎａｓｚａｋ等人[7] 在热力学微扰理论 (ＴＰＴ1)的基础上…     

Flory-Huggins格子上的混合亥氏函数模型

在Florg-Huggins格子中,引入有效的链插入几率表达过量熵,以Wohl式表达过量内能,建立了多元系链状高分子溶液的分子热力学模型.二元系的计算结果表明:在r_1=1,r_2=1～10000条件下,该模型比Freed理论更接近于计算机模拟结果;在其它条件下,两者基本吻合.Flory-Huggins理论因引入平均场近似,结果与之相差甚远.本文模型不仅能够描述常见的三元系统液液平衡,而且能描述三元系环形液液平衡曲线.     

三元链状分子系统液液平衡的Monte Carlo模拟和分子热力学模型

在格子模型基础上，采用构型偏倚蒸发法（CBVM）对三元链状分子系统的液液平衡进行了Monte Carlo模拟，分别考查了分子链长和链节间相互作用参数对相区的影响。模拟发现，在保持交换能参数一定的情况下，互溶区随高分子之一的链长的增加而减小。在各组分链长不变的情况下，分相区随交换能的减小而增加。修正的Freed模型（RFT）可较满意地再现模拟结果，而Ftory—Huggins模型总是过低地估计互溶区。RFT模型可满意地关联和预测苯-庚烷-二甘醇系统的二元和三元液-液平衡数据。     

引入液固界面效应的滴状冷凝传热模型

针对液固界面相互作用对滴状冷凝传热的影响,以Rose滴状冷凝传热模型为基础,考虑接触角、脱落直径对冷凝传热的影响,对滴状冷凝过程中液滴空间序列上的构象,作时间序列上的重构,建立了包含液固界面效应的滴状冷凝传热模型.模型计算结果表明液固表面自由能差越大、接触角滞后越小则越有利于冷凝传热.为滴状冷凝文献数据间存在差异的原因提供了一个新的解释,即液固界面效应的影响.模型可计算得到在不同界面条件下的不同传热结果,模型计算结果与Rose实验值以及本文滴状冷凝传热实验较为吻合.     

导向挡板流化床内气固两相流的变尺度格子气模拟

基于格子气方法,建立了变尺度格子气模型。二维流场空间被离散成两层不同尺度的正六边形网格,固体颗粒和气体粒子分别在各自的网格上运动;设计了气固相作用规则;确定了模型宏观物理量的统计计算方法以及与真实物理量之间的转换关系。用建立的模型对导向挡板流化床内气固两相流的动态行为进行了模拟,数值模拟结果与文献中实验结果吻合较好,表明了建模方法的正确性和模型的有效性,证明该模型有望在工程领域得到应用。     

基于焓法与伪焓法的固液相变传热LB模型分析

固液相变传热过程在各个领域有着重广泛的应用,为深入研究固液相变传热过程特性,对格子Boltzmann方法在解决固液相变传热问题的相关模型进行了介绍.重点分析了基于焓法及伪焓法的固液相变LB模型,接着指出了基于焓法的LB模型可以根据焓值直接追踪相界面但需要迭代计算,而基于伪焓法的LB模型通过"预测"和"修正"无须进行迭代但将源项完全根据显热计算,从而改变了能量方程的形式,并未考虑潜热影响.对模型的对比分析,为解决固液相变相关问题提供指导与借鉴作用.     

固液界面高分子吸附研究(Ⅱ)──高分子在界面的吸附

用本文（I）报建立的高分子吸附模型,计算了高分子在界面区的浓度分布、高分子吸附层的厚度、吸附量、不同构型的链段长度及其分布等微观结构,考察了体相高分子浓度、高分子──溶剂相互作用参数、吸附能参数、高分子链长等对高分子吸附行为的影响．     

固液界面高分子吸附研究(Ⅱ)──高分子在界面的吸附

用本文（I）报建立的高分子吸附模型,计算了高分子在界面区的浓度分布、高分子吸附层的厚度、吸附量、不同构型的链段长度及其分布等微观结构,考察了体相高分子浓度、高分子──溶剂相互作用参数、吸附能参数、高分子链长等对高分子吸附行为的影响．     

亚格子湍动能模型及循环流化床气固湍流特性分析

以气相大涡-颗粒相二阶矩双流体模型为框架,基于单相流亚格子湍动能推导方法,考虑固相影响推导气相亚格子湍动能方程,建立了适用于气固两相流动的气相亚格子湍动能模型;同时考虑气相亚格子湍动能与颗粒相速度脉动二阶矩之间的脉动能量传递,补充了气固相间脉动能量作用模型。模拟了循环流化床内气固两相湍流流动过程,模拟结果与实验数据吻合较好,并较未考虑湍流模型的模拟结果更接近实验值。比较了不同亚格子湍流模型对颗粒运动的影响,与Smagorinsky亚格子涡黏模型相比,亚格子湍动能模型能够更好地模拟两相流的湍流特性。分析了气体表观速度对湍流作用的影响。研究表明,随着气体表观速度的增加,气相亚格子湍动能和亚格子能量耗散逐渐增加,径向分布的非均匀性增强。     

耦合格子Boltzmann的聚合物结晶相场方法

在模拟枝晶生长的相场方法上,耦合多松弛格式的格子Boltzmann方法,建立了相场-格子动力学耦合模型,对聚合物结晶过程中出现的枝晶生长形貌进行了数值模拟。耦合模型规避了传统相场法需要高分辨率场精确解决固液界面的难点,其中高精确的解析度会严重影响时间步长的选取。运用LBM方法,提出了一种自适应的时间步长计算方法,允许在改变时间步长的同时不需要相应地改变网格大小,时间步长允许设置得较大而数值模拟结果不会出现发散现象,也避免了高精度差分格式的使用。使用FORTRAN语言对相场-格子动力学耦合模型进行了求解,通过对聚合物等规聚苯乙烯结晶的数值模拟,研究了在不同实验温度下等规聚苯乙烯晶体的数值模拟形貌,并与实验结果进行了比较,验证了模型的有效性。     

湿气管道积液临界气速预测的新模型

气田开发经常采用湿气集输方案。针对湿气输送管道出现的积液问题，基于分层流最小界面剪切应力准则，利用气液平界面分层流液膜区的速度分布规律，建立了求解积液临界气速的新机理模型。由分层流液膜区的流场描述和气相动量方程得到气液界面剪切应力的表达式；利用界面剪切应力函数曲线特性，可以通过界面剪切应力关于持液率求导获得临界气速。以不同文献中收集的临界气速实验数据，对新模型和其他具有代表性的湿气管道积液模型进行验证对比，表明新模型的预测精度要优于其他模型。     

基于不同亚格子尺度过滤模型下提升管内颗粒流动的数值模拟

固相亚格子尺度过滤模型是在高精度的网格下,系统地过滤了基于结合颗粒动理学的双流体模型的模拟结果而得到的曳力和固相应力等本构关系的计算模型。今分别采用固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model I)、壁面修正固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model II)和改进的固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model III)模拟NETL/PSRI挑战问题中的提升管内的颗粒流动特性,得到了时均气体压力梯度和时均轴向颗粒速度等分布。亚格子尺度模型和均匀流动模型(Huilin-Gidaspow model)的研究结果相比,改进的固相亚格子尺度过滤模型(Filtered Model III)与实验值更接近,尤其是对于高颗粒浓度流动。壁面修正可以提高压力梯度,从时均轴向颗粒速度分布曲线,可以看出在提升管内颗粒流动结构呈现更为明显的环核流动结构;同时,研究了提升管内气体压缩性、壁面修正和计算网格对模拟结果的影响,分析表明气体的可压缩性对提升管内轴向气体压力梯度有影响,在模拟计算时考虑气体的压缩性,可以提高计算精度。