液体复合模塑中石墨烯增强树脂的浸润模拟：热学和化学流变学分析

摘要整理

本研究建立了一套数值框架，用于确定树脂-石墨烯纳米片（GNPs）改性树脂及未改性树脂的热流参数（比热容和热导率）。通过评估液体复合模塑（LCM）填充阶段和后填充阶段发生的放热反应来实现。所提模型采用ANSYS Fluent求解Stokes-Brinkman（动量和质量）、能量和化学物质守恒方程，在代表体积单元（RVE）上同时描述纳米填充树脂浸润、化学流变学变化和热释放/传递过程。采用瞬态流体体积（VOF）方法追踪自由界面传播（树脂-空气界面）。开发用户自定义函数（UDF）和用户自定义标量（UDS）来模拟热生成（聚合反应），并作为额外源项加入能量方程。另一UDF用于捕捉束内（微观）流动。数值结果表明，由于纳米填料的高热导率，GNPs的加入可加速树脂体系的固化。该模型能够利用计算得到的反应热数据预测改性和未改性树脂体系的比热容和热导率。分析表明，在不同模具温度（110-170 °C）作用下，比热容和热导率分别增加约15%。添加0.2 wt.% GNPs相比未改性热固性树脂，比热容提高3.68%，热导率提高58%。数值结果与文献中的实验数据范围相符，具有良好的一致性。

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