熔喷非织造喷射流场的数值模拟与实验测试

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熔喷法是制备超细纤维非织造布的重要方法。在熔喷非织造加工中,聚合物熔体是被高速高温气流拉伸成超细纤维的。因此,喷射流场的速度分布和温度分布对聚合物拉伸和最终纤维直径有重要影响。对喷射流场进行深入研究,切实掌握气流拉伸过程的本质特征,对于熔喷非织造设备水平和产品质量的提高具有显著的实际意义。本文建立了熔喷非织造双槽形喷嘴喷射流场的数学模型并进行了数值模拟。利用K型热电偶、NI9211数据采集卡及LabVIEW软件搭建了四通道温度测量系统,并利用该系统及IFA300型热线风速仪分别测量了HDF-6D型熔喷非织造设备喷射流场的温度分布和速度分布,将模拟值与实测值进行了比较,结果吻合性较好,证明了所建喷射流场数学模型的正确性。在此基础上,应用正交试验方法对9种不同参数喷嘴的喷射流场进行了数值模拟,找出了最优喷嘴参数。论文内容共分为四个部分:第一部分建立了喷射流场数学模型,该模型由连续方程、动量方程、能量方程、湍流动能方程、湍流动能耗率方程组成。利用该模型对熔喷非织造双槽形喷嘴喷射流场进行了数值模拟,得到了喷射流场气流速度和气体温度的分布情况。第二部分以K型热电偶作为温度采集元件,NI9211采集卡作为数据处理设备,采用LabVIEW语言编写了温度采集程序,搭建了四通道温度测量系统,并对该系统进行了稳定性验证。第三部分采用四通道温度测量系统和IFA300型热线风速仪分别测量了喷射流场的温度分布和速度分布,并与数值模拟结果进行了比较。结果表明模拟值与实测值吻合较好,从而证明了所建喷射流场数学模型的正确性。第四部分采用喷射流场数学模型,应用正交试验方法模拟了9种不同喷嘴参数的喷射流场,得到了各喷射流场的速度分布和温度分布。通过极差分析及方差分析,找出了各因素对结果影响程度的大小,并得到了最优喷嘴参数。综上所述,本文建立了熔喷非织造双槽型喷嘴喷射流场的数学模型,进行了数值模拟和实验验证,应用正交试验方法找出了影响喷射流场的主要因素及最优喷嘴参数,为深入研究熔喷非织造喷射流场及喷嘴的优化设计奠定了基础。
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