阶梯形喷嘴流道结构是由两段直径不同的圆柱管道组成，分别为入口段管道和出口段管道，如图4-1所示。阶梯形喷嘴入口段管道长度为L1。入口段管道直径与喷嘴入口直径一致，均为D1。出口段管道直径与喷嘴出口直径一致，均为D2。其中阶梯形喷嘴入口段管道直径大于出口段管道直径。阶梯形喷嘴总长度为L。
阶梯形纺丝喷嘴和溶液罐体组成阶梯形喷嘴喷丝头，如图4-2（a）所示。
在高速离心纺丝的过程中，溶液在罐体内的运动如图4-2（b）所示。图4-2（b）中A0为溶液罐体旋转轴所在平面，A1为喷嘴入口截面。旋转轴到喷嘴入口的距离为R0。溶液罐体管道直径与阶梯形喷嘴入口直径一致，为D1。纺丝溶液从罐体旋转轴运动到阶梯形喷嘴入口的过程中主要受到黏滞力F1和离心力F2的作用，纺丝溶液的运动方程为
式中：V1为纺丝溶液在阶梯形喷嘴入口截面的平均速度。纺丝溶液受到的黏滞力F1和离心力F2的公式为：
式中：k为纺丝溶液的黏度系数，单位是N·S/m2；
du/dr为纺丝溶液的速度梯度；n为纺丝溶液的流变指数，表示纺丝溶液的流变特性；
m为纺丝溶液的质量；
ω为溶液罐体旋转角速度。
由式（4.1）和式（4.2）可以得出纺丝溶液在阶梯形喷嘴入口截面的平均速度为：
式中：t0为溶液容器的旋转时间。
图4-3为纺丝溶液在阶梯形喷嘴内的运动。A1面到A2面为阶梯形喷嘴入口段，A2面到A3面为阶梯形喷嘴出口段。在高速离心纺丝时溶液在阶梯形喷嘴入口截面A1处的平均速度为V1，在A2面处的平均速度为V2，在阶梯形喷嘴出口截面A3处的平均速度为V3。(www.xing528.com)
图4-3 纺丝溶液在阶梯形喷嘴内的运动
在高速离心纺丝过程中，纺丝溶液流动到A2面时，其平均速度为：
纺丝溶液在喷嘴内的运动可看作为定常流动，根据纺丝溶液在喷嘴内的连续性方程可以得出：
式中：V3为纺丝溶液在阶梯形喷嘴出口A3面的速度；
n2为A2面的法向向量；
S2为A2面的截面面积；
n3为A3面的法向向量；
S3为A3面的截面面积。
由式（4.4）和式（4.5）可以推出纺丝溶液在阶梯形喷嘴出口截面的平均速度为：
由上式可知，阶梯形喷嘴内纺丝溶液的出口速度与阶梯形喷嘴入口段长度、入口直径和出口直径有关。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
