聚合物加工成型过程中熔体的流动通常是剪切流动与拉伸流动同时存在的复杂流动,两种流动形式在复杂流场中的强度及其比例对聚合物熔体的分子取向、组分间分散状态等微观结构产生重要影响,并最终影响聚合物制品的尺寸、形状、力学等宏观性能。传统的流变测量方法,大部分只是建立在简单的剪切流动或拉伸流动基础上,测得的熔体流变参数也只能反映材料在简单剪切或拉伸时的流变特性。因此,开发出一种拉伸-剪切流动可控的流变仪,利用其研究聚合物熔体在复杂流场中的特殊流变行为,并建立一种复杂流场中聚合物流变特性的表征方法,不仅对深入揭示聚合物熔体的流变本质具有科学意义,同时对聚合物加工技术的发展也具有较大的工程意义。开发一套具有较高精度且适用性强的流变仪涉及到精密机械、自动化控制以及数学建模等方面的工作,具有较大的难度和挑战。因此非常有必要通过数值模拟的方法对目标流场进行模拟研究,为后续拉伸-剪切可控流变仪的开发提供数据支持和参考。本文首先通过数值模拟的方法对偏心圆筒流中的纯黏性流场和黏弹性流场的流场特性进行了详细的分析,主要内容包括:速度、应变速率、压力、应力等流场参数的分布规律及其特性。通过研究发现在最小间隙上下游的扇形区域熔体会出现非常明显的加速和减速现象,这表明在偏心圆筒流最小间隙上下游的扇形区域熔体经历了非常明显的拉伸作用和压缩作用;偏心圆筒流中应力场对材料弹性敏感,但是应变场对材料的弹性不敏感,这间接说明了以偏心圆筒流为主流动的拉伸-剪切可控流变仪可以成为应变控制型流变仪;内外筒的偏心会导致流场中的压力在周向发生变化,而熔体的弹性会导致压力在径向发生变化且弹性会导致涡流面积增大。在此基础上分别研究了内筒转速、偏心度以及半径比对偏心圆筒流的影响,主要发现有:(1)可以通过改变内筒转速、偏心度以及半径比来有效提高偏心圆筒流中剪切流动和拉伸流动的强度。(2)提高偏心度可以有效提高拉伸流动在拉伸-剪切复杂流场中的比例;提高内外筒半径比可以有效提高剪切流动在拉伸-剪切复杂流场中的比例。(3)指出大间隙处的涡流的形成的机理,研究了不同工艺参数和结构参数下涡流的变化规律。在设计拉伸-剪切可控流变仪以及使用该装置进行流变测试时,可以利用这一规律来避免涡流对流变测量区域的影响从而提高测量精度。(4)拉伸-剪切可控流变仪的内外筒半径比较大时,流道中的压力分布与入口收敛流道中的压力分布非常相似,因此可以利用入口收敛理论来分析此时流道中的剪切流变性质和拉伸流变性质。