论文部分内容阅读
随着计算机技术的发展,计算机数值模拟计算广泛应用于各个领域。流动数值模拟是解决复杂流动问题的有效手段。宏观的计算流体力学(CFD)和微观的分子动力学(MD)方法都在流动数值模拟中得到了广泛的推广。介于宏观和微观之间的介观尺度,相较于宏观模拟可以处理不满足连续介质理论的流动问题,又比微观模拟能够处理更大计算尺度的问题,效率更高,对于研究相对分子量大的高分子流体有着较好的适应性。高分子流体包括高分子熔体和高分子溶液,是具有流变性质的复杂流体。本文选取高分子流体为研究对象,采用介观模拟方法之一的耗散粒子动力学方法,模拟高分子流体的流动特性,从而对高分子流体在介观尺度上的加工和运输研究奠定基础。论文的主要工作如下:(1)运用耗散粒子动力学方法对牛顿流体的库埃特流动和泊肃叶流动进行了数值模拟,求解了两种流动的速度分布和剪切应力分布,并与理论分析得到的精确解对比,验证了算法和系数选取的正确性,为高分子流体的流动模拟奠定基础。(2)研究了耗散粒子动力学方法的并行计算,通过对比不同数目处理器节点的并行计算结果,验证了并行计算的可行性。计算得到了并行计算的加速比和并行效率,并研究了处理器网格排布对并行效率的影响。(3)运用耗散粒子动力学模拟高分子熔体和高分子溶液的流动行为。首先模拟了高分子流体在简单剪切作用下的流动性质。模拟中采用Lees-Edwards边界处理方法代替传统的冻结壁面粒子的方法,求解了不同类型的高分子流体的简单剪切流动的速度分布和剪切应力,通过黏度与剪切速率之间的关系研究了高分子流体剪切变稀的流变属性。然后采用反转泊肃叶流动模型,模拟高分子熔体的流动,并以幂律模型来表征高分子熔体的流变性。最后,利用反转泊肃叶流动模型对高分子溶液的流动性质进行了数值模拟,分别从驱动力大小、高分子链长、溶剂品质和高分子浓度四个方面研究了高分子溶液在流经通道时的高分子链分布及速度分布的影响因素。Lees-Edwards边界条件和反转泊肃叶流动相比较与传统的冻结壁面粒子的库埃特流动和泊肃叶流动数值模拟相比,实现了周期性边界的实施,消除了近壁面粒子波动对模拟结果的影响。