聚丙烯腈（PAN）基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀的优良性能,广泛应用于化工、机械、航空等方面。我国的聚丙烯腈基碳纤维质量与国外相比差距巨大,原丝品质是其瓶颈。出于原丝、碳纤维等核心技术形成专利,文献报道不多,因此阐明原丝成型机理对于从根本上提高我国聚丙烯腈基碳纤维的质量具有重大意义。本文对纺丝原液在孔道中,液流胀大区以及凝固浴中单轴拉伸流动的流体力学进行研究,得到了纺丝原液在孔道中剪切速度,剪切应力以及剪切力在径向的分布:利用本构方程对牛顿流体和非牛顿流体进行建模并求解,得到纺程上丝条拉伸速度及加速度的分布。研究高聚物溶液在凝固浴中的相分离行为对于了解纤维的成型机理十分必要而相图是研究这一过程的有效工具,本文在计算PAN/DMSO/H₂O三元体系相互作用参数的基础上做出了PAN/DMSO/H₂O三元体系相图。凝固浴中发生的溶剂和非溶剂的双扩散是PAN原丝凝固成型的重要过程,因此研究这一过程有重要意义。本文基于Fick双扩散模型研究了PAN原丝在凝固浴中的固化过程以及该过程对丝条流体动力学的影响。通过对双扩散模型求解得到了丝条中凝固剂的分布,并进一步得出“皮-芯”结构中皮层的增长与丝条截面上的凝固剂平均浓度成很好的线性关系。在此基础上与实验数据对照,建立了“皮-芯”结构湿法纺丝流体动力学模型。该模型指出,通过降低喷丝头附近的凝固浴浓度可以提高皮层形成速度,从而提高纺丝速度;在纺丝速度不变的情况下,双扩散速度降低会导致PAN湿纺过程中拉伸粘度降低,有利于提高喷丝头拉伸比。