熔喷非织造模头设计中几个问题研究.pdf

、◆_^.r~令/瀚东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明:我恪守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写,我对所写的内容负责,并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:茧孙El期:纠年罗月V7E1东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅·本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。书。本学位论文属于保密口,在——年解密后适用本版权不保密√·学位论文作者签名:南钒,I峰日期:■年岁月≯;日李多七勿幼日期:知7年罗月哆’ElIp摘要摘要本文对熔喷非织造工艺中聚合物流体从衣架型模头入口到喷丝板出口整个流程中的流动进行了三维数值模拟,在此基础上对熔喷模头设计中的几个问题进行了研究。主要工作涉及以下五个方面:以歧管线性渐细规律的衣架型模头为对象,对流体在模头内的流动进行了三维有限元数值模拟,并对数值模拟方法的有效性进行了实验验证:以出口流率分布均匀为目标,以衣架型模头主要设计参数为目标变量,应用进化策略分别对两种不同歧管渐细规律的衣架型模头进行了优化设计;在衣架型模头内流体流动的数值模拟基础上,分析了模头内流体滞流现象的成因及影响因素,并给出了改善方法;以衣架型模头的出口速度分布作为喷丝板的入口条件,对从衣架型模头出口到喷丝板出口这一区域内流体的流动进行了数值模拟,并讨论了不同的喷丝孔参数组合对各喷丝孔出口处流率分布的影响,且得出了在较优的参数组合条件下各喷丝孔出口处的流率分布均匀性可以优于衣架型模头出口处流率分布均匀性的结果;最后,对熔喷非织造模头的宽幅化设计进行了初步研究,主要是讨论了通过多个衣架型模头串连拼接为组合模头来实现模头宽幅化这一技术途径理论上的可行性,以及在保证组合模头横向流率分布均匀性的前提下,各模头应遵循的拼接条件。全文共分八章。第一章对国内外与本文研究领域相关的主要文献进行了综述。第二章主要介绍了衣架型模头内流体流动的三维有限元数值模拟。为便于实验验证,模拟对象采用歧管简单线性渐细的衣架型模头,模拟时流体采用1%CMC水溶液,其流变参数由高级旋转流变系统()来测定。模拟结果得到了流体在模头内的流动向量图以及模头内的速度分布。通过观察模头中心平面上的流体流动向量图,发现歧管中的流体并非全部沿歧管轴向流动,流体从歧管过渡到狭缝时,其流动方向也并不完全沿模头纵向,这与一维解析设计中的假设条件是不相符的。从成型面上的流体摘要流动速度向量大小看出,在整个模头宽度上,流体速度呈中间低两端高的分布趋势,且这种趋势一直保持到模头出口处。另外,模头出口处的速度分布曲线还反映出壁面无滑移条件的影响,尽管模头内是呈中间低两端高的速度分布趋势,但近壁面处的流体速度还是很低。文中还对一维解析设计线性渐细歧管衣架型模头内的流体流动进行了三维有限元数值模拟,模拟结果显示,模头出口处的速度分布较歧管简单线性渐细衣架型模头均匀得多。第三章利用粒子图像测速仪对第二章歧管简单线性渐细衣架型模头内流体流动的数值模拟结果进行了实验验证。通过衣架型模头中心平面上的流动向量图来对比流体在模头内的流动情况发现,模拟结果与实验结果吻合较好;而通过中心平面出口处的速度分布对比发现,二者也非常接近,CV%%%。模拟结果和实验结果的吻合程度说明了本文所采用的数值模拟方法是有效的。第四章分别对歧管简单线性渐细和歧管基于一维解析设计线性渐细的两个不同衣架型模头进行了优化设计。文中以模头中心平面出口处流率分布的变异系数CV%值为目标函数,以模头的狭缝宽度和歧管角度为目标变量,应用进化策略对目标变量进行搜索寻优。针对搜索到的目标变量值,通过数值模拟计算其对应的目标函数值,如此不断地寻优、模拟和计算,直到达到规定的终止条件,最后以最小的目标函数值和其所对应的目标变量值作为最优结果。对上述两种模头的优化结果,就歧管简单线性渐细的模头而言,其出口处宽度方向上的流率分布CV%%%,降幅很大;而歧管基于一维解析线性渐细设计的模头,其优化结果更好,CV%%%,只是降幅没有前者大。这是由于基于一维解析设计的歧管线性渐细模头其原来宽度方向上的流率分布就优于前者。优化结果说明本文所建立的优化设计方法是可行有效的。除了衣架型模头出口处速度分布的不匀会影响产品的质量外,由于模头内流体流动时