剪切流对聚合物熔体横向热导率的影响

使用反向非平衡分子动力学（RNEMD）方法研究了剪切流对聚合物熔体热导率的影响。我们扩展了原始的 RNEMD 方法，使其能够在单一方向上同时产生温度和流速的空间梯度。该方法能够准确测量垂直于剪切流方向的热导率。由剪切速率和聚合物构象弛豫时间定义的 Weissenberg 数可以统一区分不同链长下热导率对剪切速率依赖性的出现。应力-热规则（STR）（即应力张量的各向异性部分与热导率张量之间的线性关系）在剪切流下对于缠结聚合物熔体仍然成立，但对于非缠结聚合物熔体则不成立。此外，一旦聚合物链中形成缠结，STR 中的应力-热系数便与聚合物链长无关。这些观察结果与 STR 的理论基础一致，该理论基础关注沿缠结聚合物链网络结构的能量传输 [Brule, Rheol. Acta 28, 257 (1989)]。然而，在驱动剪切流下，应力-热系数明显小于文献中测量的无外力准静态下的值。尽管剪切流中 STR 的机制尚未完全阐明，但我们的研究证实了 STR 在剪切流中的有效性。这使我们能够将 STR 用作聚合物熔体计算热流体动力学的本构方程，从而具有广泛的工程应用。