【正文】 國家教委科技進步二等獎 1 次。它是某個應(yīng)用環(huán)境下具有上下游關(guān)系和信號反饋的“元件”， 應(yīng)用環(huán)境的有效維持將依賴于制冷 — 3— 二、立論依據(jù) （續(xù) 1） (包括項目的研究意義 、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，并附主要參考文獻及出處 ) 系統(tǒng)的高效和正常運行。此后， ASHRAE 雜志專門開辟了人工智能和專家系統(tǒng)的專欄。本欄雙線右側(cè)內(nèi)容不輸入計算機。 所用實驗室 —— 系指研究項目將利用的實驗室，僅填寫國家計委批準(zhǔn)的國家重點實驗室或部門批準(zhǔn)的開放實驗室。 三、部分欄目填寫要求 : 項目名稱 —— 應(yīng)確切反映研究內(nèi)容 ,最多不超過 25 個漢字 (包括標(biāo)點符號 )。 本 研 究 的 內(nèi) 方 法 和結(jié) 結(jié)果 果 對 制 冷 系 統(tǒng) 的 在 線 故 障 診 斷 和 遠 程 容 要 故 障 監(jiān) 控 分 析 具 有 重 要 的理 理論 論 基 礎(chǔ) 意 義 和 實 際 與 應(yīng) 用 價 值 . 意 義 主題詞 1．主題詞數(shù)量不多于三個 。一式六份 （至少一份為原件），由所在單位審查簽署意見后，按申報學(xué)科投送 國家自然科學(xué)基金委員會對口科學(xué)部。建議基金委予以支持。該項目的主要創(chuàng)新點是： 模擬復(fù)雜物理條件下（高溫、高壓、高剪切和高粘度等），聚合反應(yīng)的分子鏈生成過程和分子反應(yīng)動力學(xué)機理；模 擬伴隨聚合、交聯(lián)和降解反應(yīng)的多相聚合物形態(tài)生成過程和流體流動過程 。 4. 對聚丙烯（ PP） /彈性體（ EPDM）和尼龍 /彈性體（ EPDM）混合體系的脆性 韌性轉(zhuǎn)變研究中，發(fā)現(xiàn)了一條與基體無關(guān)的主曲線（ Master Curve）來描述分散相粒子間距離變化與溫度變化的等效性關(guān)系。 綜上可以看出，研究組在所申請的基金課題研究方面有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，并取得了一些前期研究結(jié)果，完全有能力完成所申請的基金項目。已在國際與國內(nèi)核心刊物上發(fā)表論文 60 余篇，有 20 多篇次被國際三大索引收錄，有 40 多篇次被國內(nèi)外同行在公開出版的論文、專著和手冊中引用。1998 年后，開展了聚合物及其混合物薄膜相分離等領(lǐng)域的實驗和理論研究工作，在Langmuir 和 Macromol. Theory 4篇；近年來，與吉林大學(xué)數(shù)學(xué)系（黃明游教授研究組）合作正在開展復(fù)雜流體力學(xué)本構(gòu)方程數(shù)值解方面的研究工作，取得了很好的進展，并應(yīng)用于聚合物復(fù)雜流體。 (2) 建立復(fù)雜外場條件下，伴隨化學(xué)反應(yīng)（聚合和降解反應(yīng)）的多相聚合物形態(tài)生成與演變的介觀計算機模擬方法；模擬反應(yīng)加工過程中，不同反應(yīng)類型（均聚、接枝、嵌段、交聯(lián)和降解反應(yīng)）、反應(yīng)分子動力學(xué)參數(shù)和加工 條件對多相聚合物形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；發(fā)現(xiàn)反應(yīng)加工過程中，形態(tài)結(jié)構(gòu)形成的調(diào)控規(guī)律；達到控制反應(yīng)加工過程中多相聚合物相態(tài)結(jié)構(gòu)的目的。 確立在線觀察準(zhǔn)反應(yīng)加工條件下，模型體系態(tài)結(jié)構(gòu)生成過程的實驗方法。 20xx 年： ? 完成擠出均聚和共聚反應(yīng)的分子動力學(xué)模型建立；針對模型體系，初步 模擬均聚反應(yīng)、嵌段和接枝共聚反應(yīng)、自身降解反 應(yīng)等的 分子鏈生成過程、分子量分布及其它分子參數(shù) 。實現(xiàn)聚合物反應(yīng)加工過程的化學(xué)反應(yīng)控制、形態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、流體流動過程調(diào)控和拉伸與吹塑成型條件的遴選與極限加工條件的預(yù)測。 ? 本構(gòu)模型建立：用 MEISSNER 拉伸流變儀，在高溫、高應(yīng)變率的條件下，測定反應(yīng)加工制備的聚合物材料的真實應(yīng)力 —應(yīng)變曲線，應(yīng)用數(shù)值擬合方法建立聚合物材料的本構(gòu)模型，并綜合考慮應(yīng)變硬化、應(yīng)變速率敏感、硬化指數(shù)及溫度的影響。 (3) 耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動行為的計算機模擬與仿真（與 04和 05課題組合作） ? 耦合簡單化學(xué)反應(yīng)：運用流體力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)分子動力學(xué)理論，確立耦合簡單化學(xué)反應(yīng)情況下，聚合物流體本構(gòu)模型，并進行模擬計算；建立耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動行為模擬方法及其相應(yīng)模擬程序的編寫。 (2) 反應(yīng)動力學(xué)與反應(yīng)機理的計算機模擬（與 04 課題組合作） ? 伴隨簡單化學(xué)反應(yīng)：結(jié)合含時 GinzburgLandau 方程與簡單化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程，建立伴隨化學(xué)反應(yīng)的多相聚合物體系形態(tài)生 成與演變的計算機模擬方法和基本程序。 (2) 模擬方法： ? Monte Carlo 和分子動力學(xué)模擬方法； ? 有限元模擬方法； ? 計算機圖形學(xué)和高維數(shù)據(jù)場可視化模擬方法。 ? 借助雙向拉伸聚合物薄膜成型機及吹塑成型設(shè)備和總體工藝自動監(jiān)控系統(tǒng)、薄膜橫向厚度自動測量儀，觀測不同溫度和成型速率下，制件或制品的厚度分布和缺陷點發(fā)生情況，并與模擬運算得到的可視化運算結(jié)果（應(yīng)力分布、應(yīng)變分布、厚度分布、缺陷點位置）相比照，修正反應(yīng)加工制備的聚合物材料的粘彈塑性本構(gòu)模型。 ? 借助數(shù)值分析方法和耦合化學(xué)反應(yīng)的流體力學(xué)本構(gòu)方程，計算機模擬偶合化學(xué)反應(yīng)的流體 流動行為，揭示化學(xué)反應(yīng)類型對聚合物流體流動行為的影響規(guī)律。 ? 為伴隨化學(xué)反應(yīng)的多相聚合物體系形態(tài)生成與耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動行為的模擬，提供可靠的反應(yīng)動力學(xué)方程與機理。 3. F. Drolet and G. H. Fredrickson, “Combinatorial Screening of Block Copolymer Assembly with SelfConsistent Field Theory”, Phys. Rev. Lett., 83, 4317(1999). 4. Y. BohbotRaviv and . Wang, “Discovering new ordered phases of block copolymers”, Phys. Rev. Lett., 85, 3428(20xx). 5. Y. Q. Ma, “Domain Patterns in Ternary Mixtures with Different Interfacial Properties”, J. Chem. Phys., 114, 3734(20xx). 6. V. V. Ginzburg, F. Qiu, M. Paniconi, G. Peng, D. Jasnow, and A. C. Balazs, “Simulation of Hard Particles in a PhaseSeparating Binary Mixture”, Phys. Rev. Lett., 82, 4026,(1999). 7. G. Peng, F. Qiu, V. V. Ginzburg, D. Jasnow, and A. C. Balazs, “Forming Supramolecular Network from Nanoscale Rods in Binary, PhaseSeparating Mixtures”, Science, 288, 1802(20xx). 8. S. C. Glotzer, E. A. DiMarzio, and M. Muthukumar, “ReactionControlled Morphology of PhaseSeparation Mixtures”, Phys. Rev. Lett., 74, 2034(1995). 9. B. Liu, C. Tong, and Y. Yang, “The Kiics and Phase Patterns in a Ternary Mixture Coupled with Chemical Reaction of A + B C”, J. Chem. Phys., 105, 10091(20xx). 10. C. Tong and Y. Yang, “PhaseSeparation Dynamics of a Ternary Mixture Coupled with Reversible Chemical Reaction”, J. Chem. Phys., 1519(20xx). 11. S. Wang, A. Makinouchi, M. Okamoto, T. Kotaka, T. Nakagawa, “Viscoplastic Modeling of ABS Material under HighStrainRate Uniaxial Elongational Deformation” J. Mater. Sci., 34, 5871(1999). 12. S. Wang, A. Makinouchi, T. Nakagawa, “ThreeDimensional Viscoplastic FEM Simulation of a Stretch Blow Molding Process” Adv. Polym. Techn., 17, 189(1998). ?1 ?1 三、研究方案 1. 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題 研究目標(biāo)： 1) 模擬復(fù)雜外場條件下（高溫、高壓、高剪切和高粘度），反應(yīng)擠出均聚、共聚（接枝和嵌段）以及降解反應(yīng)的動力學(xué)過程，認識反應(yīng)加工過程中，聚合和降解反應(yīng)的分子機理，借助模擬結(jié)果，實現(xiàn)反應(yīng)加工過程中化學(xué)反應(yīng)的控制。 如上所述，反應(yīng)加工制備的聚合物材料通常具有多相多組分、分子鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜（如：接 枝與嵌段）或微交聯(lián)相等，甚至化學(xué)反應(yīng)尚不完全。通過對復(fù)雜外場下，伴隨聚合和降解反應(yīng)發(fā)生的形態(tài)演變過程的模擬，探索反應(yīng)加工過程中介觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律，從而為反應(yīng)加工過程中結(jié)構(gòu)的控制提供理論依據(jù)。這正是本申請項目的主要研究目標(biāo)與目的。 在 高 溫 、 高 壓 、 高 剪 切 與 高 粘 度 下 ， 確 立 聚 合 與 降 解 反 應(yīng) 機 理 ， 建 立 耦 合 反 應(yīng) 的 形 態(tài) 生 成 與 流 體 流 動 模 型 ， 研 制 成 型 加 工 過 程 仿 真 軟 件 。在此過程中，化學(xué)反應(yīng)、伴隨化學(xué)反應(yīng)的形態(tài)生成和流體流動等過程基本上是在封閉狀態(tài)下進行的；且體系通常處于高溫、高壓和高剪切條件下，并伴隨粘度在瞬間內(nèi)可能發(fā)生突變等，因此，給現(xiàn)場、實時研究 體系的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)與反應(yīng)機理、伴隨化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的形態(tài)生成動力學(xué)過程以及流體流動行為帶來了不可逾越的困難。二十世紀(jì)九十年代中期， Muthukumar 等 [8]首次將化學(xué)反應(yīng)的影響引入到 相分離的形態(tài)生成和演變過程中，之后，復(fù)旦大學(xué)楊玉良教授研究組開展了一系列較深入的研究工作，并取得了一些非常有價值的成果 [9, 10]。由于化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生（特別是聚合反應(yīng)和降解反應(yīng)），將可能導(dǎo)致瞬間體系粘度發(fā)生巨變，進而很大程度改變流體的流動行為，最終對材料性能造成很大影響。 綜上所述，本申請項目將借助 Monte Carlo與分子動力學(xué)方法、含時 GinzburgLandau方程、流體力學(xué)和固體力學(xué)本構(gòu)方程以及數(shù)值分析方法，從微觀、介觀和宏觀三個層面，系統(tǒng)地模擬聚合物反應(yīng)加工中，聚合和降解反應(yīng)動力學(xué)、伴隨化學(xué) 反應(yīng)的形態(tài)生成與演變、耦合化學(xué)反應(yīng)的流體流動行為、以及拉伸與吹塑成型過程，認識復(fù)雜物理條件下均聚與共聚反應(yīng)機理的特殊性，闡明伴隨（耦合）化學(xué)反應(yīng)的微觀與介觀形態(tài)形成與流體流動規(guī)律，建立拉伸與吹塑成型的計算機仿真軟件系統(tǒng)。 ? 在數(shù)理模型基礎(chǔ)上，發(fā)展分子動力學(xué)和 Monte Carlo 模擬方法，模擬反應(yīng)加工中聚合（均聚和共聚反應(yīng)）與降解反應(yīng)動力學(xué)過程、分子水平的形態(tài)變化過程以及分子鏈的構(gòu)象和分子量分布，闡述反應(yīng)機理。 ? 發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)類型（均聚、接枝和嵌段共聚、交聯(lián)以及降解等）和復(fù)雜外場條件（溫度、壓力、剪切和粘度等）對聚合物反應(yīng)加工過程中，形態(tài)形成的影響規(guī)律，建立調(diào)控介觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的科學(xué)方法。 (4) 拉伸與吹 塑成型過程的計算機模擬與仿真 ? 建立制件或制品厚度分布和性能與型坯起始溫度分布之間關(guān)系的模型，根據(jù)所需的制件或制品性能和厚度分布，優(yōu)選型坯起始溫度分布及對應(yīng)的加熱條件。 (4) 建立復(fù)雜化學(xué)與物理條件下，耦合聚合（均聚、接枝和嵌段共聚、交聯(lián)等）和降解反應(yīng)的聚合物流體本構(gòu)模型；離散耦合化學(xué)的聚合物流體本構(gòu)方程，確立最優(yōu)數(shù)值模擬方法；發(fā)現(xiàn)復(fù)雜外場條件和聚合反應(yīng)類型對聚合物流體流動行為影響規(guī)律。 ? 模擬方法：應(yīng)用 Monte Carlo 和分子動力學(xué)方法，模擬功能性單體與聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯的接枝或嵌段共聚反應(yīng)及其自身降解反應(yīng)過程和 聚苯乙烯以及 苯乙烯與二烯烴嵌段共聚物 的分子鏈形成過程 。模仿反應(yīng)加工條件，探索各種反應(yīng)類型、反應(yīng)分子動力學(xué)參數(shù)及其外場條件對形態(tài)生成與演變的影響規(guī)律，提出和確立控制介觀形態(tài)結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測準(zhǔn)則。 ? 實驗驗證與模型完善：與實驗和理論研究結(jié)果進行比較，完善耦合聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的聚合物流體本構(gòu)模型，確立調(diào)控聚合物反應(yīng) 加工過程中流體流動行為的方法。 ? 成型過程數(shù)值模擬普適性方法：針對模型體系實施上述研究方案 ,并實施進一步優(yōu)化，給出聚合物材料拉伸和吹塑成型數(shù)值模擬的普適性模擬與仿真方法。 ? 完成建立伴隨簡單化學(xué)反應(yīng)的多相聚合物體系形態(tài)生成與演變的計算機模擬方法和基本程序；結(jié)合 GinzburgLandau方程，初步確 立伴隨聚合（均聚、接枝和嵌段共聚）和降解反應(yīng)的形態(tài)形 成 理論模型；進行優(yōu)化數(shù)值離散方法篩選，編制計算程序與演示程序，嘗試給出多相聚合物體系形態(tài)生成與演變過程的模擬計算結(jié)果。 ? 完成構(gòu)建復(fù)