高速离心纺丝的原理和喷嘴结构分析

本章介绍高速离心设备结构组成和高速离心纺丝原理。在原理的基础上提出可用于高速离心纺丝的阶梯形喷嘴、锥直形喷嘴、锥形喷嘴和弯管形喷嘴，分别研究纺丝溶液在不同离心纺丝喷嘴内的运动规律，对纺丝溶液在不同离心纺丝喷嘴内的出口速度与喷嘴结构参数之间的关系进行分析。根据流体力学相关知识，分析高速离心纺丝过程中喷嘴内溶液流动的连续性方程和运动方程。将喷嘴内溶液运动简化为二维流场，对离心纺丝喷嘴内溶液运动进行有限元求解，并分析纺丝喷嘴内流场的求解流程，建立离心纺丝喷嘴流场优化数学模型，为高速离心纺丝喷嘴结构的仿真优化提供理论支撑。

采用数值模拟和正交试验相结合的方法，研究离心纺丝喷嘴结构参数对纺丝溶液出口速度的影响程度，分析不同离心纺丝喷嘴最优结构参数组合。正交试验结果表明：

（1）阶梯形喷嘴最优结构参数组合为喷嘴总长度20 mm，入口段长度8 mm，入口直径14 mm，出口直径0.6 mm；

（2）锥直形喷嘴最优结构参数组合为喷嘴总长度20 mm，入口段长度8 mm，入口直径14 mm，出口直径0.6 mm；(www.xing528.com)

（3）锥形喷嘴最优结构参数组合为喷嘴总长度20 mm，喷嘴入口直径14 mm，喷嘴出口直径0.6 mm；

（4）弯管形喷嘴最优结构参数组合为喷嘴总长度20 mm，入口段长度10 mm，入口直径16 mm，出口直径0.6 mm，弯管曲率半径7 mm，弯管圆心角45°。

通过不同离心纺丝喷嘴内溶液运动仿真比较，得出弯管形喷嘴出口处纺丝溶液湍流动能最大，溶液射流稳定性最好。