熔噴氣流場及纖維運動的計算與實驗研究.pdf

1、本文對熔噴紡絲過程進行了研究，通過實驗的方法發(fā)現(xiàn)了纖維在熔噴過程中的運動規(guī)律；通過數(shù)值模擬熔噴氣流場，分析了狹槽噴嘴和螺旋噴嘴熔噴氣流場的特征并做了對比，同時初步模擬了氣流場中速度和溫度的耦合關(guān)系；為了獲得熔噴過程中的纖維直徑，提出了一個基于纖維軌跡的纖維直徑計算的數(shù)學(xué)方法，并完成實驗驗證；論文最后通過對纖維鞭動的模擬探討了鞭動對于熔噴纖維拉伸的意義。
　　本論文共分為七章。
　　第一章主要從熔噴噴嘴（模頭）、氣流場、和纖維

2、運動三個方面總結(jié)了熔噴技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并指出了研究的不足。從這些研究現(xiàn)狀說明本文的研究意義和研究內(nèi)容。
　　第二章采用高速攝像技術(shù)拍攝了纖維在狹槽噴嘴和螺旋噴嘴中的纖維運動，揭示熔噴纖維運動特別是鞭動的規(guī)律。在狹槽噴嘴中，纖維在噴嘴附近的運動接近二維運動。在螺旋噴嘴中，纖維從噴嘴擠出后即以螺旋形下落的方式運動，這種螺旋形鞭動形式與被廣泛研究的靜電紡絲鞭動很相似?；谂臄z得到的纖維軌跡，測量了纖維在兩種噴嘴下的運動速度、鞭動振幅和鞭

3、動頻率。
　　第三章對狹槽噴嘴和螺旋噴嘴熔噴氣流場進行了三維模擬。在狹槽噴嘴流場中，氣流速度在紡絲線方向的分量是最重要的，橫向速度分量可以忽略；而在螺旋噴嘴氣流場中，除了沿紡絲線的氣流速度分量外，切向速度也不可忽略。在紡絲線上，狹槽噴嘴的氣流速度和溫度大于螺旋噴嘴。除此之外，以二維模擬的方法探討了氣流場中入口溫度對速度場、入口速度對溫度場的影響，初步探討熔噴氣流場速度和溫度的耦合。
　　第四章用熱線風(fēng)速儀測量了熔噴氣流場的速

4、度和溫度，并根據(jù)獲得的速度和溫度脈動對氣流場的湍流特性進行研究。結(jié)果顯示在狹槽噴嘴中速度和溫度的衰減小于螺旋噴嘴。對脈動的分析得出，速度信號是無序的而溫度信號具有較規(guī)則的波動規(guī)律。
　　第五章建立了基于纖維軌跡的纖維直徑的計算方法，通過建立數(shù)學(xué)模型獲得纖維軌跡的長度，從而計算纖維直徑，并進行了實驗驗證。
　　第六章首先從分析纖維片段所受的氣流力入手，得出纖維受到的壓差阻力比受到的摩擦阻力大很多，文中設(shè)定了直線拉伸和鞭動拉伸兩