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熔喷螺旋形喷嘴流场的数值模拟与试验研究

作　者: 杜利娟
导　师: 曾泳春
学　校: 东华大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 熔喷流场数值模拟螺旋形喷嘴纤维直径
分类号: TS171
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 33次
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内容摘要

熔喷技术因可以制备微纳米纤维非织造布而具有很好的应用前景。对熔喷喷嘴的使用及研究多集中在双缝形喷嘴和环形喷嘴,本文采用具有特殊结构的螺旋形喷嘴,对螺旋形喷嘴的熔喷气流速度场和温度场进行数值模拟和试验研究,有助于了解纤维的牵伸机理,从而指导熔喷工艺的优化设计,进而提高产品的质量。首先,采用Fluent 6.3软件对熔喷螺旋形喷嘴基于试验条件进行三维数值模拟,得到流场速度和温度的信息以及气体的流动轨迹和运动规律,然后改变气体的压力和温度,再次进行模拟并对结果进行对比分析。模拟结果表明,螺旋形喷嘴的熔喷流场具有旋转特点,气流的速度和温度在靠近喷嘴处取得最大值,然后快速衰减,最终发散到周围大气环境中。气流场初始压力的变化主要影响流场的速度,初始温度的变化主要影响流场的温度。其次,采用热线风速仪测量熔喷螺旋形喷嘴的速度场及温度场,并比较试验测量结果与模拟结果,验证数值模拟的可行性。结果表明,模拟结果与试验结果的变化趋势基本吻合,气流在刚从喷嘴喷出时速度和温度较大,但衰减和耗散很快,在距离喷嘴较远的流场远端衰减趋于平缓,且速度的衰减大于温度。最后,使用螺旋形喷嘴在不同压力和温度条件下进行纺丝试验,观察纤维网形态,测量纤维直径,探计气流速度和温度对纤维性能的影响,并与相同条件下的狭槽形喷嘴纺丝试验进行对比分析,比较二者的优劣和不同。结果表明,气体的压力和温度越大,所纺纤维越细,且温度对纤维直径的影响大于压力,但达到某一特定值后,纤维的细度变化趋于平缓,且螺旋形喷嘴所纺纤维的直径和粗细不匀均大于狭槽形喷嘴。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-15
  1.1 熔喷气流场的国内外研究现状  10-13
  1.2 本课题的研究目的和内容  13-15
第二章熔喷螺旋形喷嘴流场的数值模拟  15-33
  2.1 熔喷气流场的数学模型  15-20
  2.2 数值模拟  20-26
  2.3 数值模拟结果与分析  26-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章螺旋形喷嘴流场的试验测量  33-48
  3.1 热线风速仪的工作原理  33-35
  3.2 试验仪器设备  35-36
  3.3 试验步骤  36-39
  3.4 试验测量点分布  39
  3.5 试验测量结果  39-41
  3.6 试验结果与模拟结果的对比  41-47
  3.7 本章小结  47-48
第四章螺旋形喷嘴纺丝实验  48-58
  4.1 不同气体压力条件下纺丝实验  48-49
  4.2 不同气体温度条件下纺丝实验  49-50
  4.3 螺旋形喷嘴与狭槽形喷嘴的试验对比  50-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章总结  58-60
  5.1 本文结论  58-59
  5.2 存在的问题及展望  59-60
参考文献  60-62
攻读研究生期间的研究成果录入  62-63
致谢  63

熔喷螺旋形喷嘴流场的数值模拟与试验研究

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