现行超临界流体(Supercritical Fluid,"SCF")染色装置中的染色釜必须是密封性良好、快开或换向简便快捷的高压设备,这就使得装置一次性投资大,运行成本高,无法完成大批量连续染色,严重制约了该项技术的推广及应用。为此,作者导师提出了超临界流体喷染(Supercritical Fluid Spray Dyeing,"SFSD")的概念,SFSD过程中无需使用高压染色釜,且能实现大批量连续染色,故而能够解决现有SCF染色技术存在的上述难题。作者对SFSD过程和设备的几个关键问题进行了研究,主要工作包括SFSD流场模拟分析、喷嘴的布局研究、被染物受力和变形分析、染料的扩散研究、以及核心设备研制和试验研究等。主要工作及结论如下：针对开放环境中SFSD的流场特点,分别建立了单喷嘴SFSD的一维流场模型和多喷嘴布局问题的三维流场模型,通过对计算结果的分析,得出了SFSD流场的变化规律,确定了最佳的SFSD工艺条件、喷嘴结构参数及布局形式。首先,根据对开放环境单喷嘴SFSD时流场特点的分析,分别建立了单喷嘴SFSD的一维射流模型和穿过被染物时的多孔介质流场模型,采用标准四阶龙格库塔法对其进行求解。借鉴正交实验设计的思想,对计算结果进行分析处理,确定了开放环境单喷嘴SFSD时的最佳操作参数和结构参数,将所得到的最佳取值代入所建开放环境单喷嘴流场模型,得到了单喷嘴SFSD的流场变化规律以及各初始参数对流场的影响规律。其次,建立了开放环境中SFSD多喷嘴布局问题的三维流场模型,利用正交计算方法对模拟结果处理分析,确定了最佳的喷嘴布局形式和喷嘴间距。结果表明,喷嘴正三角形排列时的流场更有利于提高SFSD的染色效果。当喷嘴间距为4倍喷嘴直径时单位面积被染物所需SCF流量较为适中,且此时被染物表面的流体压强和温度都适合SFSD工艺条件。将所得最佳参数代入计算模型,得到了喷嘴布局形式和喷嘴间距对SFSD流场参数的影响规律。针对封闭环境内SFSD的流场特点,分别建立了单喷嘴SFSD的二维流场模型和多喷嘴SFSD的三维流场模型,通过对其求解和分析,确定了喷射器的最佳结构参数、工艺条件和喷嘴布局形式,并得到了喷射器中流场的变化规律。首先,建立了喷射器内SFSD的二维流场模型,计算并分析了SFSD过程中主要操作和结构参数等因素对流场特性的影响程度,得到了其最佳取值范围。同时,将计算所得最佳参数代入所建流场模型,得到了喷射器内SFSD时流场参数的分布规律,利用作者提出的喷射器进行SFSD时的流场参数更优于开放环境SFSD时的流场参数。其次,建立了喷射器内多喷嘴SFSD时的三维流场模型,将前述研究所得最佳操作参数、结构参数和喷嘴布局形式应用于封闭环境内多喷嘴流场特性的研究,对前述研究结果进行验证,并分析得到了喷射器内SFSD的流场变化规律。根据SFSD过程中被染物支撑条件的不同,分别建立了被染物介于两染布辊之间和覆盖于染布辊上时受力与变形的力学模型,并对其求解和分析,得到了SFSD过程中各因素对被染物受力和变形的影响规律。首先,当被染物介于两染布辊之间时,在考虑被染物的自身弹性的前提下,通过引入变换参数建立了描述被染物变形的形态参数方程。利用牛顿迭代法对其进行求解,得到了SFSD过程中被染物两侧压差和染布辊距离对张力大小的影响规律。计算结果表明,高压射流作用下被染物内部张力远小于其强度极限,不会发生断裂,并且确定了被染物两侧压差及染布辊间距的允许范围。其次,当被染物覆盖于染布辊上时,假设其满足大挠度柔性薄板弯曲问题的各项假设,分别在直角坐标系和极坐标系下建立了覆盖于方孔和圆孔上被染物变形问题的控制方程,利用变分法对问题进行了求解。得到了SFSD时被染物的变形和应力分布规律,并且确定了染布辊开孔尺寸的取值范围。相同条件下,染布辊的表面选择开方孔的丝网要比开圆孔的穿孔板要好。根据SFSD设备的不同,分别建立并求解了封闭环境和开放环境喷染纱线的染料扩散模型,分析了分散染料在涤纶纱线内的扩散规律,得到了SFSD纱线的最佳工艺参数。首先,对于在喷射器内喷染纱线的情况,将其简化为平面轴对称扩散问题。根据菲克扩散定律,建立了染料向纱线内部扩散的平面轴对称极坐标方程,利用有限差分对扩散偏微分方程进行求解,根据对计算结果的分析得到了分散染料在涤纶纱线内的扩散规律,并确定了SFSD纱线的最佳工艺参数。其次,对于开放环境喷染纱线的情况,将其简化为平面非轴对称扩散问题。根据菲克扩散定律,建立了分散染料向涤纶纱线内部扩散的极坐标方程,利用有限差分对扩散偏微分方程进行求解。根据对计算结果的分析得到了分散染料在涤纶纱线内的扩散规律,并确定了SFSD纱线的最佳工艺参数。并且在喷射器内喷染纱线的效果明显好于在开放环境喷染纱线的效果。提出了两种不同功用的SFSD喷射器：染布用SFSD喷射器和染纱用SFSD喷射器,并且给出了其基本工艺流程。根据课题组现有实验设备的情况,设计并制造了上述两种喷射器,将其连接于课题组原有实验装置的管路上,进行了相应的SFSD试验,试验获得了一定的上染效果,利用所设计的SFSD喷射器进行染色,可以解决现有SCF染色装置必须使用高压染色容器的难题。总之,作者分别建立了开放环境喷染和封闭环境SFSD的流场模型,以及被染物受力和变形的力学模型,得到了最佳的工艺操作参数、结构尺寸和喷嘴排布形式；分别建立了封闭环境内喷染纱线和开放环境喷染纱线的染料扩散模型,得到了不同条件下SFSD过程中染料在纱线内的扩散规律。提出了两种不同功用的SFSD喷射器,设计制造了相应的试验用SFSD喷射器并进行试验,试验结果证明了SFSD的可行性；此外,由于SFSD是一种全新的理念,在被染物变形对染料扩散的影响方面和染料在SCF射流快速降压膨胀状态下的上染机理方面需作进一步的研究。