聚合物熔体冷却阶段结晶行为的多尺度模拟

针对结晶型聚合物熔体冷却过程的结晶行为，建立了偶合宏观温度场与微观结晶形态的多尺度模型.该模型揭示了宏观温度的变化会引起晶核数、晶体生长速率的改变，从而影响微观结晶形态；而微观结晶释放的潜热也将导致宏观温度的改变.为了求解上述多尺度模型，提出了有限体积/像素法偶合的多尺度算法，即在粗网格上采用有限体积法对宏观温度场进行求解，而在细网格上采用像素法对微观结晶形态进行模拟.基于多尺度模型及多尺度算法，文中对二维聚合物熔体模壁等速降温的冷却问题进行了研究，考察了温度、相对结晶度的变化及结晶形态的演化，并比较了不同冷却速率、初始温度对温度、相对结晶度及结晶形态的影响.数值结果表明，冷却速率是影响结晶行为的关键.高冷却速率下，温度平台出现较早，持续较短；结晶过程对应的温度范围较广；且平均晶体直径较小.而初始温度只影响温度平台及结晶行为出现的早晚，与其持续时间几乎无关.