靜電紡絲射流紡程形態(tài)的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)擬合.pdf

1、靜電紡絲是建立在電場(chǎng)基礎(chǔ)上的一種新型自由端紡絲法。根據(jù)Darrell H.Reneker教授的解釋，靜電紡絲是利用電場(chǎng)力的牽伸生產(chǎn)出直徑范圍在50納米左右任意長度的納米纖維。其基本工藝是將聚合物溶液或熔體帶上幾千至幾萬伏高壓靜電，在電場(chǎng)的作用下帶電的聚合物在毛細(xì)管的泰勒錐頂點(diǎn)被加速，電場(chǎng)力克服溶液的表面張力，最終形成噴射細(xì)流，聚合物在噴射過程中蒸發(fā)或固化，最終落在接收裝置上，形成類似非織造布的纖維氈。當(dāng)前，靜電紡絲已經(jīng)成為納米纖維的主要

2、制備方法之一。要生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良的納米纖維，關(guān)鍵在于弄清靜電紡絲的成絲機(jī)理。射流在理論上分為三個(gè)部分(直線段，轉(zhuǎn)換區(qū)域及不穩(wěn)定段)，各段的成型機(jī)理不一，因此模擬也先由簡化條件后分段模擬再進(jìn)行加載電場(chǎng)整體模擬。本文通過從電場(chǎng)、流場(chǎng)和力場(chǎng)三個(gè)方面去分析對(duì)射流運(yùn)動(dòng)形態(tài)的影響，以及基于分析的理論去進(jìn)行CFD軟件模擬。
　　 流體力學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)分支，在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。靜電紡絲中高聚物射流屬于流體，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律十分復(fù)雜，涉及到流體力

3、學(xué)的不同方面，而且靜電紡過程存在多個(gè)未知參數(shù)，分析難度大，因此要想用常規(guī)的數(shù)學(xué)解析方法研究靜電紡射流的運(yùn)動(dòng)并不可取，而計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(簡稱CFD)則適用于流體的研究。POLYFLOW是基于有限元法的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件，專用于粘彈性材料的流動(dòng)模擬，集成當(dāng)今最新，最完善的運(yùn)算法則。模擬軟件Fluent為通用CFD軟件包，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)。本文運(yùn)用POLYFLOW模擬了不同電場(chǎng)力的牽伸條件下，紡程中穩(wěn)定段射流的運(yùn)