Taylor锥多喷头静电纺规模制备微纳米纤维的力学模型及机理研究

目前国内外都在努力通过一种无针头的方法来提高静电纺丝的产量。但无针头静电纺的理论模型还没有建立。本项目的Taylor锥喷头是一种简易的不加电场集中器的无针头喷头。传统单针头静电纺的力学模型应用到Taylor锥喷头的局限（如不体现自由液面的临界状态及电荷分布等），或实验模型的局限（没考虑多射流的随机性和相互干扰性）。本研究将充分考虑Taylor锥喷头能在自由液面上同时随机喷射多根射流的特点，建立Taylor锥单喷头上自由液面在临界条件下纺丝的准静态模型。在此基础上，构建Taylor锥单喷头及多喷头下微纳米纤维形成过程的射流/电场四阶段两相流模型及数值计算，充分考虑多射流的随机性和相互干扰形成的不稳定性。并采用有限元仿真方法求解电场。理论研究的结果应用于普遍的无针头静电纺丝技术，预测和控制批量制备微纳米纤维的质量，并与实验进行比较，设计完善有自主产权的静电纺丝机。研究成果将丰富纺织学科的内涵。

本项目的Taylor 锥喷头是一种简易的不加电场集中器的无针头喷头。传统单针头静电纺的力学模型应用到Taylor 锥喷头的局限（如不体现自由液面的临界状态及电荷分布等），或实验模型的局限（没考虑多射流的随机性和相互干扰性）。本研究充分考虑Taylor 锥喷头能在自由液面上同时随机喷射多根射流的特点，建立了Taylor 锥单喷头上自由液面在临界条件下纺丝的准静态模型。在此基础上，构建了Taylor 锥单喷头及多喷头下微纳米纤维形成过程的射流/电场四阶段两相流模型及数值计算，充分考虑多射流的随机性和相互干扰形成的不稳定性。并采用有限元仿真方法求解电场。理论研究的结果应用于普遍的无针头静电纺丝技术，预测和控制批量制备微纳米纤维的质量，并与实验进行比较，设计完善有自主产权的静电纺丝机。研究成果丰富了纺织学科的内涵。