聚合模型参考

聚合是通过以化学方式结合大量小单体分子来创建长链分子的过程。此过程将首先混合溶剂中的单体和引发剂分子。

聚合过程包含多个化学反应(如引发、传播、链转移、链分支、裂解和终止),这些反应涉及不同链长的自由基。

Simcenter STAR-CCM+ 中的聚合模型模拟自由基聚合,并且将矩量法用于尺寸分布计算。

表 1. 聚合模型参考
理论 请参见聚合。
提供方式 [物理连续体/相] > 模型 > 反应组分模型
节点路径示例 连续体 > 物理 1 > 模型 > 聚合

或

连续体 > 物理 1 > 模型 > 多相 > 欧拉相 > [欧拉相] > 模型 > 聚合

要求
  • 材料:多组分液体
  • 反应期:反应
  • 反应流体模型:反应组分传输
属性 此模型的关键属性为用户速率。请参见聚合属性。
激活 模型控制(子节点) 聚合模型包含用于聚合物标量、聚合物矩和自由基聚合物反应的三组子节点。请参见模型控制。
初始条件
  • 非活性聚合物矩
  • 聚合物引发剂
  • 活性聚合物矩
  • 聚合物改性剂
  • 聚合物单体
  • 聚合物自由基
  • 聚合物溶剂
请参见初始条件。
边界输入
  • 非活性聚合物矩
  • 聚合物引发剂
  • 活性聚合物矩
  • 聚合物改性剂
  • 聚合物单体
  • 聚合物自由基
  • 聚合物溶剂
请参见边界设置。
求解器 聚合求解器。请参见聚合求解器属性。
监视器
  • DeadPolymerMoment0(非活性聚合物矩 0)
  • DeadPolymerMoment1(非活性聚合物矩 1)
  • DeadPolymerMoment2(非活性聚合物矩 2)
  • InitiatorConcentration(引发剂浓度)
  • LivePolymerMoment0(活性聚合物矩 0)
  • LivePolymerMoment1(活性聚合物矩 1)
  • LivePolymerMoment2(活性聚合物矩 2)
  • MonomerConcentration(单体浓度)
  • RadicalConcentration(自由基浓度)
场函数
  • Initiator Concentration(引发剂浓度)
  • Modifier Concentration(改性剂浓度)
  • Monomer Concentration(单体浓度)
  • Polydispersity Index(多分散性指数)
  • Polymer Mass Average Chain Length(聚合物质量平均链长)
  • Polymer Moment Dead 0(非活性聚合物矩 0)
  • Polymer Moment Dead 1(非活性聚合物矩 1)
  • Polymer Moment Dead 2(非活性聚合物矩 2)
  • Polymer Moment Live 0(活性聚合物矩 0)
  • Polymer Moment Live 1(活性聚合物矩 1)
  • Polymer Moment Live 2(活性聚合物矩 2)
  • Polymer Number Average Chain Length(聚合物数均链长)
  • Radical Concentration(自由基浓度)
  • Solvent Concentration(溶剂浓度)
请参见场函数。

聚合属性

二阶梯度
Simcenter STAR-CCM+ 流动求解器中有两个二阶梯度源:
  • 用于扩散的边界二阶梯度
  • 网格单元面上的内部二阶梯度

使用此属性可控制求解器中要包括哪些梯度。打开时将提供两种梯度,关闭时排除这两种梯度。选择仅限内部和仅限边界时,将选择相应的梯度。

对流
设置 Simcenter STAR-CCM+ 用于计算适当传输方程中网格单元面上的对流通量的离散格式。有关更多信息,请参见“对流项”的相关主题:
  • 一阶:一阶迎风格式。此格式根据流向按上游或下游质量流率来比例缩放传输物理量。仅当高阶格式无法给出收敛或要在切换到高阶格式之前获得初始求解时,才使用此格式。
  • 二阶:二阶迎风格式。此格式引入了在上游或下游面的任一侧上对网格单元值求线性插值。使用此格式会导致降低收敛属性,但提供的精度与一阶格式相同甚至更高。
用户速率
除了内置源以外,还可用于将用户源添加到聚合物标量和聚合物矩方程。激活此属性将填充聚合物标量和聚合物矩子节点。请参见用户速率子节点。

模型控制

自由基聚合物反应属性
  • 引发剂效率,f:可用于指定 Eqn. (3796)、Eqn. (3798) 和 Eqn. (3800) 中的链引发剂效率。
  • 链转移至改性剂:激活此属性可创建表示“链转移至改性剂”反应的额外自由基聚合物反应子节点。
  • 链转移至溶剂:激活此属性可创建表示“链转移至溶剂”反应 (Eqn. (3788)) 的额外自由基聚合物反应子节点。
  • 链转移至聚合物:激活此属性可创建表示“链转移至聚合物”反应 (Eqn. (3790)) 的额外自由基聚合物反应子节点。
  • β 裂解:激活此属性可创建表示 β 裂解反应(Eqn. (3791) 和 Eqn. (3792))的额外自由基聚合物反应子节点。
  • 传播热:可用于为由于传播反应而释放的热指定值。
  • 引发热:可用于为由于引发反应而释放的热指定值。
自由基聚合物反应子节点
其中一些子节点默认为可用状态,而其他子节点则需要在自由基聚合物反应节点的属性中进行激活。
  • 引发剂分解 (I -> 2R')
  • 自由基链引发 (R' + M -> R1)
  • 传播 (Rn + M -> Rn+1)
  • 链转移至单体 (Rn + M -> Pn + R1)
  • 歧化反应 (Rn + Rm -> Pn + Pm)
  • 合成 (Rn + Rm -> Pn+m)
  • 链转移至改性剂 (Rn + X -> Pn + R1)
  • 链转移至聚合物 (Rn + Pm -> Pn + Rm)
  • β 裂解 (Rn + Pm -> Pm + Rp + Pm-p)
  • 端子双键 (Rn + Pm -> Rn+m)

请参见反应流体简称。

自由基聚合物反应子节点属性
  • 方法:可用于将方法指定为标量分布。
  • 值:使用文本输入指定该值。也可以直接输入表达式,如 10 * sin(3.14 * $Time)。仅当方法设为常数时,此属性才可用。
  • 标量函数:激活对象选择器对话框,可从中选择场函数。仅当方法设为场函数时,此属性才可用。
  • 单位系统:可用于定义适用于反应的单位:
    • kmol、m、s、K
    • mol、cm、s、K
用户速率子节点

激活用户速率属性时,聚合物标量和聚合物矩节点的以下子节点可用于为聚合物标量和聚合物矩方程直接指定用户速率和用户速率雅可比源项。其中每个子节点都可作为标量分布发挥作用。

聚合物标量
引发剂、改性剂、单体、自由基和溶剂
聚合物矩
非活性矩和活性矩

初始条件

在已选择聚合模型的每个连续体或相中可用。

非活性聚合物矩、活性聚合物矩
分别设置非活性矩(Eqn. (3801)、Eqn. (3803) 和 Eqn. (3805))和活性矩(Eqn. (3795)、Eqn. (3797) 和 Eqn. (3799))的浓度。标量组分表分布值。
聚合物引发剂、聚合物改性剂、聚合物单体、聚合物自由基和聚合物溶剂
分别设置引发剂 (Eqn. (3783))、改性剂、单体 (Eqn. (3786))、自由基 (Eqn. (3784)) 和溶剂 (Eqn. (3789)) 的浓度。标量分布值。

边界设置

对与使用聚合模型的连续体(或该连续体中的相)关联的区域内的边界可用。

非活性聚合物矩、活性聚合物矩
分别设置非活性矩(Eqn. (3801)、Eqn. (3803) 和 Eqn. (3805))和活性矩(Eqn. (3795)、Eqn. (3797) 和 Eqn. (3799))的浓度。标量组分表分布值。
聚合物引发剂、聚合物改性剂、聚合物单体、聚合物自由基和聚合物溶剂
分别设置引发剂 (Eqn. (3783))、改性剂、单体 (Eqn. (3786))、自由基 (Eqn. (3784)) 和溶剂 (Eqn. (3789)) 的浓度。标量分布值。
流体边界
以下边界类型具有上面列出的所有默认可用的物理值。
  • 自由流
  • 质量流量入口
  • 压力出口
  • 滞止入口
  • 速度入口
壁面边界
壁面燃烧标量选项
壁面燃烧标量对应的物理值节点
零通量
无
指定值
上面列出的所有物理值

聚合求解器属性

亚松弛因子
为了提升收敛,此属性用于在迭代过程中亚松弛求解的变化。如果残差显示求解发散且不减小,则减小相关求解器的亚松弛因子。默认值为 0.9。
冻结求解器
开启时,求解器在迭代过程中不更新任何物理量。该选项默认情况下关闭。这是一个调试选项,由于缺少储存,它可能导致不可恢复的错误和错误的求解。有关详细信息,请参见有限体积求解器参考。
冻结重构
激活时,Simcenter STAR-CCM+ 不会在每次迭代时更新重构梯度,而是使用上一次迭代更新的梯度。激活保留临时储存与此属性结合使用。默认情况下,此属性已停用。
归零重构
开启时,求解器在下一次迭代时会将重构梯度设为零。此操作意味着,用于迎风的面值 (Eqn. (905)) 以及用于计算网格单元梯度的面值(Eqn. (917) 和 Eqn. (918))将变为一阶估计值。默认情况下,此属性处于关闭状态。如果开启此属性之后关闭它,则求解器将在下一次迭代时重新计算梯度。
保留临时储存
激活时,Simcenter STAR-CCM+ 将保留求解器在迭代期间生成的额外场数据。保留的特定数据取决于求解器,且在后续迭代期间可用作场函数。默认情况下停用。

场函数

模拟多相聚合时,每个场函数可用于已选择聚合模型的每个相,场函数名称附加有相名称。
聚合物矩
  • Polymer Moment Dead 0(非活性聚合物矩 0)
  • Polymer Moment Dead 1(非活性聚合物矩 1)
  • Polymer Moment Dead 2(非活性聚合物矩 2)
  • Polymer Moment Live 0(活性聚合物矩 0)
  • Polymer Moment Live 1(活性聚合物矩 1)
  • Polymer Moment Live 2(活性聚合物矩 2)
聚合物标量
  • Polydispersity Index(多分散性指数)
  • Polymer Mass Average Chain Length(聚合物质量平均链长)
  • Polymer Number Average Chain Length(聚合物数均链长)
  • Initiator Concentration(引发剂浓度)
  • Modifier Concentration(改性剂浓度)
  • Monomer Concentration(单体浓度)
  • Radical Concentration(自由基浓度)
  • Solvent Concentration(溶剂浓度)