Введение к работе
:туальность работы определяется тем, что, хотя полимерные це-подвергаются ориентирующим и деформирующим воздействи-i в различных гидродинамических полях, действительно драма-ческое поведение наблюдается в сильных растягивающих полях, изких к продольному. Здесь разбавленные растворы гибких номеров демонстрируют динамические фазовые переходы I рода и разворачивании клубкообразной макромолекулы в вытянутое стояние. Эти эффекты наблюдаются при увеличении перепада вления в пористых средах, сходящихся течениях и при истечении руи из отверстия в плоской стенке. В свою очередь при достаточ-сильном растяжении макромолекулы способны вызывать моди-жацию продольного потока. Так, малые добавки полимера боль-ій молекулярной массы используются для гашения турбулентно-аг при перекачивании нефти по трубопроводам. Явление резкого перехода гибких макромолекул из клубкообраз-го в вытянутое состояние при достижении некоторого градиента зрости исследовалось во множестве экспериментальных работ, в м числе и в работах сотрудников Института высокомолекуляр-х соединений РАН. Корректное теоретическое описание этого пения представляет собой весьма сложную задачу. При реше-и этой задачи в качестве модельного представления гибкой ма-эмолекулы наиболее часто используется вязкоупругая гантель, овальная деформация многосегментной цепи в продольном пото-определяется преимущественно главной релаксационной модой, »тому применение гантельной модели вполне оправдано. Однако, ссмотрение динамики даже этой упрощенной модели на основе з-литических теорий требует введения различного рода прибли-ний. Поэтому представляется актуальным использование мето-в численного моделирования на ЭВМ, не использующих каких-
либо приближений.
Цель работы заключалась в моделировании на ЭВМ методом бр увовской динамики процессов разворачивания и сворачивания не тральной и заряженной полимерных цепей в продольном потоке і гантельных моделях и определении границ применимости существ ющш теорий при сравнении их предсказаний с результатами мод лирования.
Исследование включало в себя:
1. Разработку алгоритма моделирования на ЭВМ методом бр увовской динамики движения гантельной модели с конформациош - зависимыми параметрами в продольном потоке.
2. Моделирование кинетического и стационарного поведені
нейтральных полимерных цепей в продольном потоке.
-
Моделирование кинетического и стационарного поведения з ряженных полимерных цепей в продольном потоке.
-
Сравнение результатов моделирования с данными, нолучевн ми при помощи приближения эффективного потенциала и прибл жения самосогласованного поля.
5. Получение зависимости градиента, при котором начинает
разворачивание слабозаряженных полимерных цепей, от молен
лярной массы и степени заряжения на основе приближения саы
согласованного поля.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
-
Методом броуновской динамики проведено моделирован процессов разворачивания и сворачивания нейтральных полиме ных цепей в продольном потоке.
-
Методом броуновской динамики проведено моделирован стационарного и кинетического поведения полиэлектролитных і
пей с различной степенью заряжения (бессолевой режим) в продольном потоке.
-
Показана применимость приближения эффективного потенциала для описания стационарных свойств как нейтральных, так и заряженных цепей.
-
Изучена эволюция функции распределения по степеням растяжения цепи при различных градиентах скорости потока. Показано, что за пределами критической области изменение функции распределения со временем при сворачивании и разворачивании, соответственно, при малых и больших градиентах происходит по-разному.
-
Определены границы применимости приближения самосогла-сованого поля в случае нейтральных цепей и цепей полиэлектролитов с линейной упругостью.
Практическая значимость работы определяется тем, что ее результаты могут быть использованы для решения фундаментальной проблемы увеличения прочности искусственных волокон, полученных при ориентационной вытяжке полимерных цепей, для построения количественной теории гашения турбулентности малыми полимерными добавками, а также способствуют пониманию процессов, происходящих в разбавленных полимерных растворах, используемых при нефтедобыче.
Апробация работы: Результаты диссертации докладывались и обсуждались на 25-й Еврофизической конференции по макромолеку-лярпой физике "Ориенганионные явления в полимерах" (Санкт-Петербург, Россия, 1992), на 2 Международном симпозиуме по релаксации в комплексных системах (Аликанте, Испания, 1993), на XI Всесоюзном семинаре "Конформации макромолекул и межмолекулярное взаимодействие" (Пущино, 1993), на Международном симпозиуме "Молекулярная подвижность и порядок в полимерных си-
-4.-
стемах" (Санкт-Петербург, Россия, 1994).
Объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы (88 ссылок). Работа изложена на 117 страницах текста и содержит 39 рисунков.
