高速离心力场作用下射流与纳米纤维运动研究

本专著具有优选性和原创性，来源于编者国家自然科学基金面上项目（高速离心力场作用下射流与纳米纤维运动及纳米成纱机理研究. 项目编号：51775389），研究内容具有新颖性。

本书针对传统静电纺丝高压电场下制备纳米纤维时生产效率低、制备材料单一和聚合物溶液污染等难题，提出在高速离心力场作用下利用聚合物溶液射流的表面张力、黏弹力制备纳米纤维的方法，阐述研究射流、纤维、纺丝机构有关动力学问题和纳米有序收集机理，为克服传统纳米纤维制备方法的缺陷、提升纳米纤维质量和产量及高速离心力场作用下制备纳米纤维动力学优化设计奠定基础。 编著本书的目的是为从事纳米纤维制备的研究者提供纤维运动、建模及制备机构优化的参考，解决纤维动力学问题，提高纤维制备的效率。

张智明，男，武汉纺织大学机械工程与自动化学院教授。主要教学成果：1.协同创新下纺织机械很好人才培养的优质资源共享研究. 中国纺织工业联合会纺织教育教学成果奖. 二等奖. 证书编号: 2017-GJ-091. 2.湖北省“创青春”大学生创业大赛创业计划赛铜奖. 武汉星晨印花设备有限责任公司. 第一指导老师.主要科研成果：1、国家自然科学基金面上项目. 高速离心力场作用下射流与纳米纤维运动及纳米成纱机理研究. 项目编号：51775389，研究时间：2018.1-2021.12. 主持2、湖北省自然科学基金面上项目. 基于电磁耦合的新型高速纺纱锭子机理研究. 项目编号：2012FFB04601. 主持3、“十一五”国家科技支撑计划项目子课题. 新型纺纱和纱线准备装备的智能闭环张力控制技术. 项目编号：2009BAF39B01. 主持4. 湖北省高等学校省级教学研究项目. 面向新工科的纺织机械很好人才核心能力和教学模式的研究. 项目编号：2018350. 主持5. 湖北省高等学校省级教学研究项目. 协同创新下纺织机械很好人才培养的优质资源共享研究. 项目编号：2014311. 主持主要著作：《精通Pro/ENGINEER中文野火版（零件设计篇）》，中国青年出版社，2014。

第1章 绪论
1.1 引言
1.2 纳米纤维材料的基本概念
1.2.1 纳米科技
1.2.2 纳米材料
1.2.3 纳米纤维
1.3 传统纳米纤维制备方法简介
1.3.1 静电纺丝法
1.3.2 熔融纺丝法
1.3.3 其他纺丝法
1.4 高速离心纺丝国内外研展
1.4.1 高速离心纺丝法的提出与发展
1.4.2 离心纺丝装置类别
1.4.3 高速离心纺丝纳米纤维
1.5 纺丝喷嘴结构的国内外研究现状
1.5.1 静电纺丝喷嘴研展
1.5.2 熔喷纺丝喷嘴研展
1.5.3 离心纺丝喷嘴研展
1.6 本书的研究内容和方法
1.6.1 研究目标与研究内容
1.6.2 研究方路线
第2章 高速离心纺丝原理
2.1 高速离心纺丝制备机理
2.1.1 高速离心纺丝基本装置
2.1.2 高速离心纺丝基本过程
2.2 工艺参数对纳米纤维形态的影响
2.2.1 纺丝溶液参数对纤维形态的影响
2.2.2 喷嘴参数对纤维形态的影响
2.2.3 电动机转速
2.2.4 收集距离
2.2.5 环境参数
2.3 本章小结
第3章 纺丝溶液在喷嘴内流动数学模型
3.1 喷嘴内纺丝溶液的运动
3.1.1 纺丝溶液静止阶段
3.1.2 纺丝溶液层流阶段
3.1.3 纺丝溶液湍流阶段
3.2 纺丝溶液锥体形成机理
3.2.1 纺丝溶液表面张力对溶液锥体的影响
3.2.2 纺丝溶液黏滞力对溶液锥体的影响
3.3 喷嘴内纺丝溶液运动的数学模型
3.3.1 纺丝溶液连续性方程
3.3.2 纺丝溶液运动方程
3.3.3 纺丝溶液流变方程
3.4 喷嘴内纺丝溶液流动的理论模型
3.5 喷嘴内纺丝溶液的运动规律与受力分析
3.5.1 相对静止阶段纺丝溶液的运动规律
3.5.2 相对流动阶段纺丝溶液的运动规律
3.5.3 纺丝溶液层流转变为湍流的临界流速
3.6 喷嘴处纺丝溶液锥体受力分析
3.7 本章小结
第4章 高速离心纺丝喷嘴优化设计
4.1 离心纺丝喷嘴结构
4.1.1 阶梯形喷嘴
4.1.2 锥直形喷嘴
4.1.3 锥形喷嘴
4.1.4 弯管形喷嘴
4.2 高速离心纺丝喷嘴内流场优化数学模型
4.2.1 离心纺丝喷嘴内溶液的连续性方程
4.2.2 离心纺丝喷嘴内溶液的运动方程
4.2.3 高速离心纺丝喷嘴内流场优化理论
4.2.4 离心纺丝喷嘴流场计算区域的离散和边界条件
4.2.5 离心纺丝喷嘴内流场有限元求解
4.3 离心纺丝喷嘴流场求解流程
4.4 高速离心纺丝喷嘴内流场仿真优化
4.4.1 阶梯形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验
4.4.2 锥直形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验
4.4.3 锥形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验
4.4.4 弯管形喷嘴内溶液运动仿真及正交试验
4.5 不同离心纺丝喷嘴内溶液运动仿真比较
4.6 本章小结
第5章 高速离心纺丝纤维射流空间运动的理论模型
5.1 高速离心纺丝溶液射流理论模型基础
5.1.1 高速离心纺丝溶液射流的连续性方程
5.1.2 高速离心纺丝纤维射流的动量方程
5.1.3 纺丝溶液的流变本构方程
5.2 高速离心纺丝纤维射流空间运动的理论模型
5.3 纺丝溶液射流的运动规律与受力分析
5.3.1 纺丝溶液射流的相对运动方程
5.3.2 曲线坐标系下的纺丝溶液射流运动方程
5.4 本章小结
第6章 高速离心纺丝溶液运动仿真
6.1 聚氧化乙烯溶液参数测定
6.1.1 聚氧化乙烯溶液的流变曲线与流变参数
6.1.2 聚氧化乙烯溶液黏度随剪切速率的变化规律
6.2 喷嘴溶液运动仿真
6.2.1 喷嘴溶液流动模型的建立
6.2.2 喷嘴溶液流动模型网格划分
6.3 溶液运动仿真与结果分析
6.3.1 纺丝溶液流速分布规律
6.3.2 电动机转速对溶液流动的影响
6.3.3 溶液浓度对溶液流动的影响
6.3.4 喷嘴长度对溶液流动的影响
6.4 高速离心纺丝纤维射流空间运动仿真
6.4.1 喷嘴射流运动模型的建立
6.4.2 空间射流运动模型网格划分
6.5 纤维空间射流仿真与结果分析
6.5.1 纤维射流运动过程与射流轨迹仿真
6.5.2 纺丝转速与射流轨迹之间的关系
6.5.3 纤维空间运动的射流速度
6.5.4 射流溶液浓度的影响
6.5.5 喷嘴周围的气流速度变化
6.6 本章小结
第7章 高速离心纺丝实验与结果分析
7.1 高速离心纺丝射流实验装置与PEO纺丝溶液制备
7.2 高速离心纺丝工艺参数对临界转速的影响
7.3 高速离心纺丝工艺参数对纤维形态的影响
7.3.1 纺丝溶液参数的影响
7.3.2 喷嘴长度与直径的影响
7.3.3 不同离心纺丝喷嘴制备的纤维形态对比分析
7.3.4 不同离心纺丝喷嘴制备的纤维直径对比分析
7.4 不同离心纺丝喷嘴制备的纤维生产效率对比分析
7.5 高速离心纺丝工艺参数对射流的影响
7.6 收集距离对射流运动的影响
7.7 其他因素的影响
7.8 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 全书研究总结