靜電紡絲中穩(wěn)態(tài)射流的建模仿真與實驗研究.pdf

1、靜電紡絲是一種目前比較流行制造納米纖維的簡單方法，以其設(shè)備簡單、操作容易、材料來源廣泛、工藝過程不破壞材料本體等特性已經(jīng)成為當(dāng)前研究納米纖維制造的熱點。靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于制備多種天然及人工合成材料納米纖維。靜電紡絲所制得的納米纖維具有直徑小、比表面積大等優(yōu)點，在生物醫(yī)學(xué)、空氣過濾、防護(hù)衣物等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用潛力。隨著電紡絲技術(shù)研究的日益深入，電紡絲過程的精確控制已經(jīng)成為靜電紡絲技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，這對電紡絲機(jī)制等方面的理論研究

2、也提出了更高的要求。但電紡絲過程復(fù)雜、參數(shù)多樣化，紡絲機(jī)制和控制理論尚未得到很好的解決，是靜電紡絲技術(shù)研究的一大難題。 本文針對電紡絲穩(wěn)態(tài)射流的形成及變化規(guī)律開展研究工作，分析電紡絲射流的受力情況，建立了仿真模型分析主要工藝參數(shù)對射流形態(tài)(主要指射流半徑)的影響，并通過實驗驗證了穩(wěn)態(tài)射流分析模型。論文研究工作包括以下幾部分： 通過文獻(xiàn)資料的查閱和分析，對靜電紡絲理論研究的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納總結(jié)；基于電液動力學(xué)、流變

3、學(xué)及電磁場理論對電紡絲射流形成和變化的物理過程及變化規(guī)律進(jìn)行了分析，引入漏流介電質(zhì)模型和細(xì)長體模型兩個理論建立了穩(wěn)態(tài)射流仿真模型；對仿真模型各參數(shù)進(jìn)行了無量綱處理和模型化簡；文中采用初值求解代替邊值求解的方法簡化了仿真模型的求解過程；通過數(shù)值仿真研究了紡絲電壓、紡絲距離、紡絲液流量及溶液性質(zhì)等因素對電紡絲穩(wěn)態(tài)射流變化行為的影響，并利用甘油靜電紡絲實驗數(shù)據(jù)驗證了分析模型的準(zhǔn)確性；通過實驗研究和仿真分析分別研究了PEO溶液靜電紡絲過程穩(wěn)態(tài)射