熔喷丝条直径和侧向运动预测方法

摘要

本发明公开了一种熔喷丝条直径和侧向运动预测方法，包括：（1）获取原料、设备和工艺参数；（2）计算气流速度分布和气体温度分布；（3）利用熔喷聚合物纺丝拉伸模型计算丝条直径和丝条侧向运动位移。本发明可以由原料性能、设备参数和工艺参数预测熔喷丝条直径和丝条侧向运动位移，提高了熔喷非织造布产品质量和优化了熔喷非织造工艺与设备。

主权项

一种熔喷丝条直径和侧向运动预测方法，其特征在于，包括： (1)获取原料、设备和工艺参数； (2)采用有限体积法计算气流速度分布和气体温度分布； (3)利用熔喷聚合物纺丝拉伸模型计算丝条直径和丝条侧向运动位移，所述熔喷聚合物纺丝拉伸模型是将丝条离散为一系列珠子，珠子之间通过聚合物小段连接，该模型包括连续方程、动量方程、能量方程和本构方程， 其中， 连续方程： 动量方程： 能量方程： 本构方程： 动量方程中流变力Fr的表达式为： 动量方程中气流力Fd的表达式为： Fd_xi＝Fpa_icosβ_i+Fn1_icosβ_i+Fn2_isinβ_iFd_yi＝Fpa_isinβ_isinα_i+Fn1_isinβ_icosα_i+Fn2_icosβ_isinα_iFd_zi＝Fpa_isinβ_icosα_i+Fn1_isinβ_isinα_i+Fn2_icosβ_icosα_iu_a,ef,pa,i＝(u_ax‑u_xi)cosβ_i+(u_ay‑u_yi)sinβ_isinα_i+(u_az‑u_zi)sinβ_icosα_iu_a,ef,n1,i＝(u_ax‑u_xi)cosβ_i+(u_ay‑u_yi)sinβ_icosα_i+(u_az‑u_zi)sinβ_isinα_iu_a,ef,n2,i＝(u_ax‑u_xi)sinβ_i+(u_ay‑u_yi)cosβ_isinα_i+(u_az‑u_zi)cosβ_icosα_i动量方程中表面张力Fs的表达式为： sign(a)＝1,if a>0 sign(a)＝‑1,if a<0 sign(a)＝0,if a＝0 能量方程中传热系数h的表达式为： 式中各参数的物理含义为： D_ui——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段的直径； D₀——丝条初始直径； l_ui——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段的长度； l₀——丝条初始长度； D_di——珠子i和珠子i‑1之间的聚合物小段的直径； l_di——珠子i和珠子i‑1之间的聚合物小段的的长度； m_i——珠子i的质量； u_xi——珠子i的x方向速度； t——时间； Fr_u,x,i——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段作用在珠子i上流变力的x方向分量； Fr_d,x,i——珠子i和珠子i‑1之间的聚合物小段作用在珠子i上流变力的x方向分量； Fd_xi——珠子i所受气流力的x方向分量； Fs_xi——珠子i所受表面张力的x方向分量； u_yi——珠子i的y方向速度； Fr_u,y,i——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段作用在珠子i上流变力的y方向分量； Fr_d,y,i——珠子i和珠子i‑1之间的聚合物小段作用在珠子i上流变力的y方向分量； Fd_yi——珠子i所受气流力的y方向分量； Fs_yi——珠子i所受表面张力的y方向分量； u_zi——珠子i的z方向速度； Fr_u,z,i——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段作用在珠子i上流变力的z方向分量； Fr_d,z,i——珠子i和珠子i‑1之间的聚合物小段作用在珠子i上流变力的z方向分量； Fd_zi——珠子i所受气流力的z方向分量； g——重力加速度； C_p——聚合物定压比热； θ_i——珠子i的温度； h_i——珠子i的传热系数； β_i——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段轴线方向与x方向的夹角； α_i——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段轴线方向在y‑z平面上的投影与z方向的夹角； θ_a——气体温度； σ_ui——珠子i和珠子i+1之间的聚合物小段作用在珠子i上的流变应力； G——聚合物弹性模量； η——聚合物粘度； σ_di——珠子i和珠子i‑1之间的聚合物小段作用在珠子i上的流变应力； x_i——珠子i在x方向上的位置； y_i——珠子i在y方向上的位置； Fpa_i——珠子i所受气流力平行于聚合物小段轴线方向的分量； Fn1_i——珠子i所受气流力垂直于聚合物小段轴线方向的第一分量； Fn2_i——珠子i所受气流力垂直于聚合物小段轴线方向的第二分量； C_fi——平行于聚合物小段轴线方向的气流拉伸力系数； ρ_a——气体密度； u_a,ef,pa,i——平行于聚合物小段轴线方向的气流有效速度； C_n1i——垂直于聚合物小段轴线方向的第一气流拉伸力系数； u_a,ef,n1,i——垂直于聚合物小段轴线方向的气流有效速度第一分量； C_n2i——垂直于聚合物小段轴线方向的第二气流拉伸力系数； u_a,ef,n2,i——垂直于聚合物小段轴线方向的气流有效速度第二分量； u_ax——x方向气流速度； u_ay——y方向气流速度； u_az——z方向气流速度； Re_pi——基于平行于聚合物小段轴线方向的气流有效速度和丝条直径计算出的雷诺数； Re_n1i——基于垂直于聚合物小段轴线方向的气流有效速度第一分量和丝条直径计算出的雷诺数； Re_n2i——基于垂直于聚合物小段轴线方向的气流有效速度第二分量和丝条直径计算出的雷诺数； ρ——聚合物密度； μ_a——气体粘度； λ——表面张力系数； k_i——由珠子i‑1,i和i+1的位置计算出的聚合物小段在珠子i处的曲率； h_i——传热系数； k_a——气体导热系数； Nu_i——气流努塞尔数； ——垂直于聚合物小段的气流努塞尔数；Re_ef,i——基于气流有效速度和丝条直径计算出的雷诺数； ——气流速度与聚合物小段轴线方向的夹角；采用Runge‑Kutta‑Gill法对熔喷聚合物纺丝拉伸模型进行数值求解，熔喷丝条直径和侧向运动预测方法是通过对熔喷聚合物纺丝拉伸模型进行数值求解实现的。