插层熔喷气流场模拟及其过滤材料性能的研究

摘要

随着世界工业化进程的加快，汽车尾气、工业排放废气等造成全球空气环境的日益恶化，已经严重危及到人们的健康。近年来我国大部分省市的大气污染状况越发严重，固体颗粒物是影响我国城市空气质量的主要污染物。据世界卫生组织统计，目前每年全球有多达几百万人因空气污染而过早死亡。调查发现，吸入被污染的空气会引起慢性呼吸系统疾病的恶化，降低人体细胞的新陈代谢，进而加速人体的衰老，同时也是某些癌病产生的重要诱因。因此，对空气进行净化显得尤为重要。
　　熔喷非织造材料纤维直径小，比表面积大，孔隙率高，是一种良好的空气过滤材料，其过滤效果好、透过阻力小、重量轻、容量大、环保、价格适中等特点代表了未来过滤材料的主要发展方向。本文将PBT卷曲短纤维与传统聚丙烯熔喷非织造纤维通过插层的方式复合，将PBT纤维刚度大、弹性好等独特优势引入传统熔喷过滤材料中，可以获得孔隙率高、结构蓬松、纤维三维交错杂乱排列、密度低、抗压缩性和弹性回复性能高的新型空气过滤材料。
　　本文采用FLUENT软件对熔喷的热气流、插层气流、网底吸风气流进行仿真模拟，观察了高速热空气在气流场中速度及温度的衰减情况及横向室温气流和网底吸风对气流场的影响，分析了不同热空气压力及温度的配置对熔体牵伸的影响。通过仿真模拟对部分实验参数进行指导，减少了实验的工作量。
　　本文探讨了接收距离和热空气压力这两个主要工艺参数对纤维细度、厚度、压缩回弹性、产品强度、透气性、过滤效率及阻力的影响，初步探究了插层风压力和网底吸风压力及热风温度对过滤性能的影响。插层熔喷非织造材料的研制不仅会对当下的空气污染起到积极的防治作用，同时也将有力促进熔喷非织造过滤材料品种的丰富与发展。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 常用的过滤材料

1．2．1 熔喷过滤材料

1．2．2 静电纺过滤材料

1．2．3 覆膜型过滤材料

1．2．4 复合型过滤材料

1．3 熔喷非织造过滤材料

1．3．1 熔喷非织造布概述

1．3．2 熔喷过滤材料结构特点

1．3．3 过滤机理

1．4 本课题研究的主要内容、目的和意义

第二章 FLUENT软件对插层熔喷气流场的模拟

2．1 FLUENT软件的基本介绍

2．2 控制方程的建立

2．3 湍流模型的建立

2．4 气体流场的数值模拟化过程

2．4．1 计算区域离散化

2．4．2 求解器的选择

2．4．3 气体流场的几何模型

2．4．4 流体区域的网格划分

2．4．5 边界条件及其他参数的设置

2．4．6 模拟结果与分析

第三章 插层式熔喷过滤材料的制备

3．1 实验原料及性能

3．1．1 聚丙烯

3．1．2 PBT纤维

3．2 插层熔喷非织造工艺原理

3．3 插层熔喷过滤材料的制备

3．3．1 梳理机工艺参数设置

3．3．2 插层熔喷工艺参数设置

3．4 实验设计

第四章 插层熔喷过滤材料的性能测试

4．1 材料基本性能测试

4．1．1 材料面密度的测试

4．1．2 材料厚度的测试

4．1．3 纤维直径的测量

4．1．4 材料孔隙率的测定

4．1．5 孔径分布测定

4．1．6 压缩回弹性测试

4．1．7 力学性能的测试

4．1．8 透气性测试

4．2 材料过滤性能测试

4．2．1 过滤设备及原理

4．2．2 过滤效率及阻力测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 接收距离对材料结构与性能的影响

4．3．2 热风压力对材料结构与性能的影响

4．3．3 插层风压力对材料过滤性能的影响

4．3．4 吸风压力对材料过滤性能的影响

4．3．5 热风温度对材料过滤性能的影响

4．3．6 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 存在的问题和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢