熔喷非织造设备中聚合物熔体分配流道主要采用衣架型模头。衣架型模头的设计对于熔体分配的均匀性乃至最终产品的均匀性至关重要。本文主要利用有限元方法对熔喷非织造用衣架型模头中的聚合物流体的流动进行了数值模拟,并采用基于数值模拟的均匀设计方法对衣架型模头进行了优化设计。论文的主要研究内容如下: 首先,以幂律模型作为表征聚合物流体流变行为的本构方程,借助Galerkin方法建立了衣架型模头中聚合物流体流动的有限元方程,实现了对衣架型模头中聚合物流体流动的二维有限元模拟,并通过激光多普勒测速技术对衣架型模头中的CMC水溶液的流动状况进行了实验测试,验证了有限元分析的有效性。 第二,对“T”型模头和衣架型模头中的聚合物流动进行二维数值分析,对两种模头出口处的流率均匀性和模头剖面流场的压力分布进行了对比分析,结果表明在相同高度和宽度条件下,衣架型模头的整体性能较“T”型模头优。 第三,基于有限元分析,研究了衣架型模头的歧管倾角、成型面高度、出口喷丝孔的间距、进料筒的高度和直径以及熔体的幂律指数对流场分布以及流体分配均匀性的影响。结果表明,模头几何参数中歧管倾角和成型面高度是影响流体分配均匀性的最主要因素。另外,模头出口处流率分布还受流体幂律指数的影响,即针对某一幂律指数设计的衣架型模头,无论幂律指数增大或者减小,模头出口处流率分布的均匀性都将趋于恶化。 第四,采用均匀实验设计,建立了衣架型模头参数与流体均匀指数的回归方程,计算得到了最优的模头参数组合。对得到的最优化模头进行有限元分析,结果表明其流体均匀指数可达到0.98以上。