气流离心纺丝气体流场初探

【摘要】离心纺丝是一种新型亚微米纤维制备技术。离心纺丝是利用高速旋转的喷丝头所产生的离心力将聚合物熔体或溶液由喷丝孔甩出并拉伸成亚微米纤维，因此，气体流场的速度分布将对气流离心纺丝纤维的直径有着重要的影响，而喷嘴的改进势必会影响气体流场的分布。本论文在离心纺丝的喷丝孔外周加装环形气体喷嘴，即在离心力基础上增加一个气流力，离心力和气流力共同对聚合物进行牵引拉伸，从而进一步减小纤维直径。本论文对旋转喷丝头上气流喷嘴所形成的气体流场进行了理论建模和数值模拟，为聚合物拉伸模型的建立和求解奠定了基础。本论文的研究内容主要分为以下四个部分：第一部分分别对旋转喷丝头上圆形喷嘴和环形喷嘴的气体流场进行了数学建模、网格划分和边界设置，气体流场数学模型由连续方程、动量方程、湍流方程和边界条件组成。第二部分应用Fluent软件分别对圆形喷嘴气体流场和环形喷嘴气体流场进行数值模拟，分别得到了圆形喷嘴气体流场和环形喷嘴气体流场的速度和压力分布情况，并对气体流场模拟结果进行了分析。第三部分应用IFA300型热线风速仪对圆形喷嘴气体流场的速度分布进行了实验测量，并与模拟结果进行了比较。研究表明，模拟结果与实测结果吻合较好，从而证明了所建圆形喷嘴气体流场数学模型的正确性。第四部分利用所建圆形喷嘴气体流场数学模型进行计算机模拟，利用热线风速仪进行实验测量，研究了喷丝头旋转速度对气体流场速度分布的影响。研究发现，在距离喷嘴50mm左右的范围内，不同旋转速度的气体流场速度分布曲线几乎完全重合，说明在这个距离内，转速对气体速度的影响不明显。几种转速条件下的模拟结果与实测值均较为吻合，再次证明了本文所建气体流场模型的正确性。综上所述，本文建立了气流离心纺丝气体流场数学模型，对气体流场进行了数值模拟和实验验证，为气流离心纺丝聚合物拉伸模型的建立和求解奠定了基础。
【作者】王秀青；
【导师】陈廷；
【作者基本信息】苏州大学，纺织材料与纺织品设计，2014，硕士
【关键词】气流离心纺丝；环形喷嘴；气体流场；数值模拟；

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