熔噴螺旋形噴嘴流場的數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、熔噴技術(shù)因可以制備微納米纖維非織造布而具有很好的應(yīng)用前景。對熔噴噴嘴的使用及研究多集中在雙縫形噴嘴和環(huán)形噴嘴，本文采用具有特殊結(jié)構(gòu)的螺旋形噴嘴，對螺旋形噴嘴的熔噴氣流速度場和溫度場進行數(shù)值模擬和試驗研究，有助于了解纖維的牽伸機理，從而指導(dǎo)熔噴工藝的優(yōu)化設(shè)計，進而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
　　 首先，采用Fluent6.3軟件對熔噴螺旋形噴嘴基于試驗條件進行三維數(shù)值模擬，得到流場速度和溫度的信息以及氣體的流動軌跡和運動規(guī)律，然后改變氣體的

2、壓力和溫度，再次進行模擬并對結(jié)果進行對比分析。模擬結(jié)果表明，螺旋形噴嘴的熔噴流場具有旋轉(zhuǎn)特點，氣流的速度和溫度在靠近噴嘴處取得最大值，然后快速衰減，最終發(fā)散到周圍大氣環(huán)境中。氣流場初始壓力的變化主要影響流場的速度，初始溫度的變化主要影響流場的溫度。
　　 其次，采用熱線風(fēng)速儀測量熔噴螺旋形噴嘴的速度場及溫度場，并比較試驗測量結(jié)果與模擬結(jié)果，驗證數(shù)值模擬的可行性。結(jié)果表明，模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的變化趨勢基本吻合，氣流在剛從噴嘴噴出時

3、速度和溫度較大，但衰減和耗散很快，在距離噴嘴較遠的流場遠端衰減趨于平緩，且速度的衰減大于溫度。
　　 最后，使用螺旋形噴嘴在不同壓力和溫度條件下進行紡絲試驗，觀察纖維網(wǎng)形態(tài)，測量纖維直徑，探討氣流速度和溫度對纖維性能的影響，并與相同條件下的狹槽形噴嘴紡絲試驗進行對比分析，比較二者的優(yōu)劣和不同。結(jié)果表明，氣體的壓力和溫度越大，所紡纖維越細，且溫度對纖維直徑的影響大于壓力，但達到某一特定值后，纖維的細度變化趨于平緩，且螺旋形噴嘴所紡