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半封闭自由表面式静电纺丝喷头设计与优化
1
作者
刘健
王程皓
+1 位作者
董守骏
刘泳汝
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第11期215-225,共11页
针对静电纺丝技术中毛细针头纺丝产量低、自由表面式静电纺丝溶液体系不稳定等问题,提出一种多叶片半封闭自由表面式静电纺丝喷头。利用MatLab软件对叶片截面曲线进行拟合,基于溶液分配均匀性建立喷头基本结构;借助Fluent流体压力仿真...
针对静电纺丝技术中毛细针头纺丝产量低、自由表面式静电纺丝溶液体系不稳定等问题,提出一种多叶片半封闭自由表面式静电纺丝喷头。利用MatLab软件对叶片截面曲线进行拟合,基于溶液分配均匀性建立喷头基本结构;借助Fluent流体压力仿真以及神经网络(BP)和模拟退火算法相结合的方法,计算出叶片内外层与中线的合适夹角,分别定为27°和50°;基于张力系数的计算推导出喷头内层和外层对液滴持握时间的理论公式,喷头内外层液滴持握时间分别为21.89 s和17.80 s;最后进行静电纺丝实验,验证该喷头叶片尖端可稳定形成12股射流,纤维薄膜面积可达1140~1440 cm^(2),纤维平均直径为275 nm,变异系数(CV值)为17.49%。研究结果对于开发稳定、高效、可控的静电纺丝纳米纤维制备方法具有一定的参考意义。
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关键词
静电纺丝
半封闭自由表面
神经网络
喷头设计
Fluent仿真
持握时间
多射流
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职称材料
半封闭自由表面式静电纺喷头尖端参数对电场强度及其均匀性的影响
2
作者
刘健
王程皓
+3 位作者
董守骏
刘泳汝
尹兆松
潘山山
《毛纺科技》
CAS
北大核心
2024年第10期115-122,共8页
在实验过程中设计的半封闭自由表面式静电纺丝喷头,由于内外2层尖端电场不均匀,导致在纺丝初期外层开始形成泰勒锥时内层依旧是液滴,针对该问题,对此喷头的尖端进行电场分析和优化。利用COMSOL对喷头初始模型进行电场模拟,其尖端平均电...
在实验过程中设计的半封闭自由表面式静电纺丝喷头,由于内外2层尖端电场不均匀,导致在纺丝初期外层开始形成泰勒锥时内层依旧是液滴,针对该问题,对此喷头的尖端进行电场分析和优化。利用COMSOL对喷头初始模型进行电场模拟,其尖端平均电场强度为2710 kV/m,CV值为18%。将初始模型的叶片排布优化为对齐镊合和错位镊合并改变其尖端角度,根据实际模型测得外层尖端角度的变化范围为63.90°~160.78°,内层尖端角度变化范围为43.66°~170.22°,利用COMSOL对2种排列从内外层均为70°到内外层均为160°的模型进行电场模拟,将得到的仿真数据拟合成方程,当对喷头施加30 kV电压且接收极接地时,得到对齐镊合且外层为71°、内层为45°时尖端电场强度平均值为5643 kV/m,CV值为11%;错位镊合且外层为117°、内层为45°时尖端电场强度平均值为4773 kV/m,CV值为10%。再经过均匀电场的理论计算得出对齐镊合时喷头中轴线上2个点受到的电场力比错位镊合时分别小8.65%和14.96%,根据仿真模拟和理论计算结果得出,喷头采用对齐镊合且外层为71°、内层为45°时为最优,其尖端电场强度相对于优化前的模型提高了108%,,CV值降低了38.89%,故在同等条件下该模型不会因为内外电场不均匀而导致多射流不同步。实验过程中,改进的2种喷头在30 kV电压下均无液滴。对齐镊合喷头在20 kV电压下可以实现稳定纺丝,错位镊合喷头在24 kV下可以实现稳定纺丝。
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关键词
静电纺丝
半封闭自由表面
式喷头
电场模拟
电场强度
CV值
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职称材料
题名
半封闭自由表面式静电纺丝喷头设计与优化
1
作者
刘健
王程皓
董守骏
刘泳汝
机构
天津工业大学机械工程学院
天津工业大学工程教学实习训练中心
出处
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第11期215-225,共11页
基金
天津市自然科学基金面上项目(22JCYBJC01470)。
文摘
针对静电纺丝技术中毛细针头纺丝产量低、自由表面式静电纺丝溶液体系不稳定等问题,提出一种多叶片半封闭自由表面式静电纺丝喷头。利用MatLab软件对叶片截面曲线进行拟合,基于溶液分配均匀性建立喷头基本结构;借助Fluent流体压力仿真以及神经网络(BP)和模拟退火算法相结合的方法,计算出叶片内外层与中线的合适夹角,分别定为27°和50°;基于张力系数的计算推导出喷头内层和外层对液滴持握时间的理论公式,喷头内外层液滴持握时间分别为21.89 s和17.80 s;最后进行静电纺丝实验,验证该喷头叶片尖端可稳定形成12股射流,纤维薄膜面积可达1140~1440 cm^(2),纤维平均直径为275 nm,变异系数(CV值)为17.49%。研究结果对于开发稳定、高效、可控的静电纺丝纳米纤维制备方法具有一定的参考意义。
关键词
静电纺丝
半封闭自由表面
神经网络
喷头设计
Fluent仿真
持握时间
多射流
Keywords
electrospinning
semi-enclosed free surface
neural network
simulated annealing algorithm
fluent simulation
holding time
multiple jet
分类号
TS174.8 [轻工技术与工程—纺织材料与纺织品设计]
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职称材料
题名
半封闭自由表面式静电纺喷头尖端参数对电场强度及其均匀性的影响
2
作者
刘健
王程皓
董守骏
刘泳汝
尹兆松
潘山山
机构
天津工业大学机械工程学院
天津工业大学工程教学实习训练中心
出处
《毛纺科技》
CAS
北大核心
2024年第10期115-122,共8页
基金
天津市自然科学基金面上项目(22JCYBJC01470)。
文摘
在实验过程中设计的半封闭自由表面式静电纺丝喷头,由于内外2层尖端电场不均匀,导致在纺丝初期外层开始形成泰勒锥时内层依旧是液滴,针对该问题,对此喷头的尖端进行电场分析和优化。利用COMSOL对喷头初始模型进行电场模拟,其尖端平均电场强度为2710 kV/m,CV值为18%。将初始模型的叶片排布优化为对齐镊合和错位镊合并改变其尖端角度,根据实际模型测得外层尖端角度的变化范围为63.90°~160.78°,内层尖端角度变化范围为43.66°~170.22°,利用COMSOL对2种排列从内外层均为70°到内外层均为160°的模型进行电场模拟,将得到的仿真数据拟合成方程,当对喷头施加30 kV电压且接收极接地时,得到对齐镊合且外层为71°、内层为45°时尖端电场强度平均值为5643 kV/m,CV值为11%;错位镊合且外层为117°、内层为45°时尖端电场强度平均值为4773 kV/m,CV值为10%。再经过均匀电场的理论计算得出对齐镊合时喷头中轴线上2个点受到的电场力比错位镊合时分别小8.65%和14.96%,根据仿真模拟和理论计算结果得出,喷头采用对齐镊合且外层为71°、内层为45°时为最优,其尖端电场强度相对于优化前的模型提高了108%,,CV值降低了38.89%,故在同等条件下该模型不会因为内外电场不均匀而导致多射流不同步。实验过程中,改进的2种喷头在30 kV电压下均无液滴。对齐镊合喷头在20 kV电压下可以实现稳定纺丝,错位镊合喷头在24 kV下可以实现稳定纺丝。
关键词
静电纺丝
半封闭自由表面
式喷头
电场模拟
电场强度
CV值
Keywords
electrospinning
electrospinning nozzle with semi-enclosed free surface
electric field simulation
electric field intensity
CV value
分类号
TH174.8 [机械工程—机械制造及自动化]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
半封闭自由表面式静电纺丝喷头设计与优化
刘健
王程皓
董守骏
刘泳汝
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
2
半封闭自由表面式静电纺喷头尖端参数对电场强度及其均匀性的影响
刘健
王程皓
董守骏
刘泳汝
尹兆松
潘山山
《毛纺科技》
CAS
北大核心
2024
0
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