靜電紡絲射流紡程形態(tài)的數值模擬及實驗擬合.pdf

1、靜電紡絲是建立在電場基礎上的一種新型自由端紡絲法。根據Darrell H.Reneker教授的解釋，靜電紡絲是利用電場力的牽伸生產出直徑范圍在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，在電場的作用下帶電的聚合物在毛細管的泰勒錐頂點被加速，電場力克服溶液的表面張力，最終形成噴射細流，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。當前，靜電紡絲已經成為納米纖維的主要

2、制備方法之一。要生產質量優(yōu)良的納米纖維，關鍵在于弄清靜電紡絲的成絲機理。射流在理論上分為三個部分(直線段，轉換區(qū)域及不穩(wěn)定段)，各段的成型機理不一，因此模擬也先由簡化條件后分段模擬再進行加載電場整體模擬。本文通過從電場、流場和力場三個方面去分析對射流運動形態(tài)的影響，以及基于分析的理論去進行CFD軟件模擬。
　　 流體力學作為力學的一個分支，在很多領域有著廣泛的應用。靜電紡絲中高聚物射流屬于流體，它的運動規(guī)律十分復雜，涉及到流體力

3、學的不同方面，而且靜電紡過程存在多個未知參數，分析難度大，因此要想用常規(guī)的數學解析方法研究靜電紡射流的運動并不可取，而計算流體動力學(簡稱CFD)則適用于流體的研究。POLYFLOW是基于有限元法的計算流體動力學軟件，專用于粘彈性材料的流動模擬，集成當今最新，最完善的運算法則。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的復雜流動。本文運用POLYFLOW模擬了不同電場力的牽伸條件下，紡程中穩(wěn)定段射流的運