使用水平集方法对熔喷纤维运动进行模拟

曾泳春 [1], 郝习波 [1], 张潇敏 [1], 滕德芳 [1], 李辉 [1],
[1] 东华大学,上海,中国
Published in 2018

熔喷是工业上用于制备微米纤维非织造布的一种工艺方法。在熔喷过程中,高聚物熔体经过高速、高温气流的拉伸,在接受装置上固化结晶形成微米纤维非织造布。由于熔喷材料具有很高的比表面积,因而具备良好的过滤性、吸附性、隔离性,可用于过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料等领域。熔喷材料的优异性能是基于熔喷纤维的微纳米级的尺度,降低纤维的直径有利于提高熔喷产品的性能。由于纤维的拉伸细化发生在气流场的运动过程中,因此对纤维运动的研究具有重要意义。本研究将高聚物与气流所形成的混合体系作为两相流来处理。我们采用Comsol multiphysics 的水平集方法对熔喷过程的高聚物-气流两相流体系进行模拟。由于雷诺数远高于临界值,因此采用湍流模式进行求解。为了增加解析度,在纤维运动区域进行网格细化。入口条件使用速度设置,出口条件采用压力设置。重新初始化参数设为5,使用瞬态求解。我们将模拟结果与实验值进行对比,内容包括纤维的纵向速度、横向速度与纤维的横向位移。结果表明水平集方法可以较好的模拟熔喷过程中纤维的运动。