4数值仿真结果

4.1液滴形变

图6是计算流体力学后处理软件所得到的聚合物液滴各时刻形态图［条形柱表示POE相（Phase-2）的体积分数］。可以看出，PS细丝在POE基质中变形趋势大致与实验过程一致。

图6聚合物液滴形态随时间演化（仿真）

由计算流体力学后处理软件所得到的液滴形态变化图，可以看到液滴由最初的圆柱形变化成椭球形，再由椭球形变化成球形。与实验所得到的各时刻形态图液滴变化趋势相同，时间上略有误差，可能是由于基质导热速率、加热台功率，以及室温的影响。

图7为数值仿真过程中液滴三轴随时间演化规律。综合对比图4和图7，数值仿真软件与实验过程中球形液滴的三轴长度变化趋势基本一致。可以看出，在体积保持不变的假设下，球形液滴的第二半轴和第三半轴变形频带是不一致的。该结果表明一些黏弹性液滴的变形和收缩不严格符合仿射变形假设（即第三半轴W始终等于第二半轴B），这与文献结果类似。数值仿真结果中液滴最终形态不是一个三轴长度相等的球形，主要原因是仿真过程中使用的非牛顿流体的本构模型只对黏性项进行了修改，而忽视了弹性应力的影响，因此与理论计算结果有一定误差。

图7 230℃时PS液滴在POE基质中的三轴时间演化（仿真）

4.2界面张力与黏度比

为了研究黏度比对聚合物体系界面张力的影响，选择PS/POE聚合物体系，流场域模型及网格数目不变化，边界条件、多相流模型等其他条件不变化，只改变黏度模型中的零剪切黏度，所用PS/POE材料的零剪切黏度来自表1，结合数值仿真残差值与形态图，确定仿真收敛时间。图8为不同黏度比下仿真得到的液滴形态图，条形柱表示POE相（Phase-2）的体积分数。

图8不同黏度比系统下液滴形态随时间演化图：（a－c）黏度比0.94，（d－f）黏度比0.46，（g－i）黏度比0.29，（j－l）黏度比0.16

观察液滴最后由椭球到球形的形态变化过程，利用界面张力计算模型，计算出不同黏度比下聚合物体系的界面张力，如图9所示。

图9黏度比与界面张力关系图

可以看出，系统黏度比从0.16~0.94逐渐增大的过程中，PS/POE体系的界面张力随黏度比的增大而增加。

5结论

采用数值模拟技术研究PS/POE体系界面张力，着重考察了PS/POE体系的黏度比对界面张力的影响，系统黏度比越大，聚合物界面张力越大，两者呈正相关关系。同时，进一步优化实验步骤，更新实验装置，采用椭球液滴回缩法测量PS/POE体系界面张力，对比分析了数值仿真与实验过程中液滴在流场作用下的流变行为，液滴形态变化过程接近，模拟结果与实验结果吻合较好。测量得到PS/POE体系在230℃，液滴直径为1.79 mm时的界面张力值为0.397 mN/m，进一步验证了数值模拟方法的可靠性。本文的有关研究结果，对聚合物共混物的改性优化、实验测量聚合物体系界面张力以及数值仿真模拟多相流具有一定的参考价值。然而，现有的理论只考虑了体系的黏性特性，而忽略了弹性特性。结合实验与仿真，可以看到，理论模型对于球形液滴的描述还存在一定的误差，因此，在后续的研究中，通过二次开发将弹性因素加载到理论模型中，进一步优化理论模型，能够更准确描述流场中液滴变形行为。

定性分析聚合物界面张力与系统黏度比之间的关系——实验

定性分析聚合物界面张力与系统黏度比之间的关系——数值模拟

定性分析聚合物界面张力与系统黏度比之间的关系——数值仿真结果、结论