高聚物共混改性技术是一个能够以低成本提高材料性能的可靠方法,在高聚物工业中有着十分广泛的应用。高聚物共混物的注射成形过程是一个多物理场多尺度耦合的十分复杂的问题,需要既在宏观尺度上准确快速地模拟成形中的传质和传热过程,又在介观尺度上把握共混物多相结构在成形加工过程中的演化过程。现有的注射成形模拟在宏观尺度上发展得较为成熟,并已经在产业界得到大规模的应用,然而在介观尺度上对成形过程中多相结构演化的模拟方面,目前仍然还处于探索阶段,有待进一步研究,其中的问题和难点主要包括:分散相形态演化的建模与模拟,高聚物共混物的流变本构关系以及宏介观尺度的耦合方法。针对在当前高聚物共混物注射成形的多尺度模拟中存在的问题和不足,本文从宏观和介观两个尺度,在以下几个方面展开了研究。本文首先从高聚物共混物注射成形的工艺特点出发,通过对共混物内部分散相形态演化的规律进行分析,确定了充模流动阶段相形态演化多尺度模拟所包含的三个关键问题,并结合现有研究对这三个问题进行了细致的分析,提出对应的解决思路,从而建立了本文的技术路线与方法框架。在分散相液滴形态演化方面,本文基于格子Boltzmann方法,在介观尺度上开展了共混物多相结构在加工条件下的演化过程的模拟研究。采用多松弛格式和分步法解决了高聚物熔体流动模拟中的稳定性问题,并基于Shan-Chen伪势格式的格子Boltzmann方法建立了高聚物共混体系的多相流模型,模拟了在加工过程中分散相液滴受到剪切作用产生的变形、破裂、聚并以及变形回复等现象,并深入分析了液滴形态演化的机理,与实验结果和理论解对比,验证了介观模型的准确性。在高聚物共混物在宏观、介观尺度上的流变本构关系方面,本文基于自由能格式的格子Boltzmann多相流模型,通过模拟毛细管流变仪的工作原理,建立了一个数值的虚拟流变仪。首先针对水—油共混物,模拟了共混物在各种条件下的表观剪切粘度,并通过与实验数据的对比验证了虚拟流变仪的准确性和可靠性;然后,以典型高聚物共混物体系为对象,揭示了在宏观尺度和介观尺度上,共混物的表观剪切粘度所表现出的不同规律,并定量给出了两种尺度间的判据;最后,在考虑组分的非牛顿流变特性后,计算了聚乳酸/聚苯乙烯共混物在宏观尺度上的表观剪切粘度,取得了和实验数据定性一致的结果,进而提出了通过对高聚物共混物进行流变实验建立宏观尺度上流变本构关系的方法,为实现宏观流动模拟和介观相形态演化模拟的耦合奠定了基础。最后,在有限体积方法计算流体力学的框架下,本文提出了追踪单个液滴随流运动的轨迹的方法,从而实现了高聚物共混物注射成形在宏观尺度上的充模流动过程模拟和介观尺度上的单个分散相液滴的相形态演变过程模拟的耦合。模拟的结果不但揭示了分散相液滴形态沿制品厚度方向上的分层现象,而且追踪了液滴在随流运动过程中的形态演变规律,取得了和扫描电镜SEM实验一致的结果,并通过比较不同成型工艺条件对分散相液滴形态演化的作用,揭示出注射速率比注射温度对分散相液滴的形态有更加显著的影响。