周向排列倾斜气流喷嘴组气体流场研究

摘要

近年来，离心纺丝作为一种新型纳微米纤维制备技术，逐渐引起研究者们的关注。离心纺丝是聚合物熔体或溶液利用高速旋转的装置所产生的离心力由喷孔甩出而成纤的方法。气流离心纺丝是为了进一步减小纤维直径，在喷丝孔外加装环形气流喷嘴，利用气流力和离心力共同对聚合物进行拉伸。因此，气体流场对气流离心纺丝中纤维直径有着重要影响。本论文将在离心纺丝设备的喷丝孔外加装环形倾斜气流喷嘴，对周向排列倾斜气流喷嘴组的气体流场进行建模及数值模拟，并对相关参数进行优化设计。本文的研究内容主要分为以下四个部分：
　　第一部分建立了周向排列圆形倾斜气流喷嘴组气体流场数学模型，对其进行网格划分和边界设定，然后在Fluent软件中进行了数值模拟，得到了气体流场的速度分布情况，并对模拟结果进行了分析。
　　第二部分利用IFA300型热线风速仪对周向排列圆形倾斜气流喷嘴组的气体流场进行了实测。为了便于与模拟结果相比较，实验中测量了0r/min，320r/min，560r/min，800r/min，1040r/min五种转速下气体流场的速度分布情况。将实测值与模拟值进行比较，发现模拟结果与实测结果吻合较好，证明了周向排列圆形倾斜喷嘴组气体流场模型的正确性。
　　第三部分建立了周向排列环形倾斜气流喷嘴组气体流场数学模型，进行了数值模拟，得到了气体流场的速度分布情况。并将其与环形水平喷嘴组的气体流场进行了比较，推测倾斜喷嘴比水平喷嘴更有利于聚合物拉伸。
　　第四部分利用建立的周向排列环形倾斜喷嘴组气体流场数学模型，对相关参数（喷嘴个数、旋转速度、气体初始速度、喷嘴倾角）进行了优化设计。采用二次通用旋转组合设计方法确定试验方案，利用模拟结果建立回归方程，应用约束随机方向搜索法求解得到了最优参数。
　　综上所述，本文建立了周向排列倾斜气流喷嘴组气体流场的数学模型，并进行了数值模拟，对相关参数进行了优化设计，为深入研究气流离心纺丝气体流场及聚合物拉伸模型奠定了基础。

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第一章 绪 论

1.1 离心纺丝技术国内外研究现状

1.2 熔喷和离心纺丝气体流场研究国内外状况

1.3 熔喷和离心纺丝聚合物拉伸模型国内外研究状况

1.4 本文的研究意义及研究内容

第二章 圆形倾斜喷嘴组气体流场数值模拟

2.1 气体流场的基本方程及湍流模型

2.2 圆形倾斜喷嘴组气体流场模型

2.3 圆形倾斜喷嘴组气体流场的数值模拟

2.4 本章小结

第三章 圆形倾斜喷嘴组气体流场实验测量

3.1 热线风速仪的工作原理

3.2 IFA300型热线风速仪的校准与测量

3.3 气体流场速度分布测量结果

3.4 本章小结

第四章 环形倾斜喷嘴组气体流场数值模拟

4.1 环形倾斜喷嘴组气体流场模型

4.2 环形倾斜喷嘴组气体流场的模拟结果与分析

4.3 倾斜喷嘴组与水平喷嘴组气体流场模拟结果比较

4.4 本章小结

第五章 环形倾斜喷嘴组相关参数优化设计

5.1 二次通用旋转组合设计

5.2 数据分析及验证

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 取得的成果

6.2 不足与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢