伴随着计算机技术的发展,计算机仿真技术(computer simulation technology)逐渐成为仿真的主流技术。利用计算机技术建立被仿真系统的模型,并在某些实验条件下对模型进行动态实验,具有高效、安全、受环境条件约束较少、可改变时间比例尺等优点,已成为设计、运行、分析、评价、培训系统(尤其是复杂系统)不可或缺的重要工具。把计算机仿真技术应用到静电纺工艺制备纳米纤维膜过程的研究中去,是探索静电纺工艺的一个较理想方法,能在有限的条件下更好地开展静电纺工艺研究。本文的研究对象是K G M静电纺成丝过程中纺液射流的仿真。由于纺液射流的形态很大程度上决定了得到的纳米纤维的规格和形态,同时在已完成的研究中涉及这方面的较少,因此本文把研究的重点落在应用计算机技术对K GM静电纺纺液射流形态的仿真上。由于纺液射流在高压静电场中的运动具有速度很快、直径很小的特点,使得在实验条件下,要对其进行测量极其困难。因此本文尝试应用成熟的计算流体力学软件,通过CFD仿真的方法,对受到不同拉伸力条件下纺液射流的运动形态和速度进行仿真、观察和分析,以得到纺液射流呈现出不同形态的内在规律。本论文的一个重要创新点是采用CFD仿真的方法对葡甘聚糖电纺成丝过程的形态变化进行模拟,同时将CFD仿真的结果对照电纺实验中观察到的一些现象和具体实验数据进行对比分析、诠释,得到在静电纺工艺参数改变时对射流运动形态的预测结果,为开展具体的静电纺提供指导。本文实验中选用魔芋葡甘聚糖溶液作为纺丝材料,在CFD计算机仿真软件方面选用了 CFD软件中的Gambit、Polyflow和Fluent三个模块,在得到仿真结果后再对照实验获得的数据进行分析,得到以下结论:(1)在魔芋葡甘聚糖纺液射流的稳定段,随着电场牵伸力的逐渐增大,纺液射流的形态和纺液射流的速度均发生相应的变化,纺丝射流被拉伸、细化的程度越来越好,实验结果显示,fn=1×106N是一个较理想的牵伸力,此时射流被拉伸、细化的质量较理想。但是,在电场牵伸力继续增大并超过某一数值后,在仿真实验中,当fn的值为2×106N时,稳定段的射流开始出现不均匀拉伸的形态,这时稳定段纺液射流速度值的变化率也对应发生明显的跃升性提高。这将对得到直径分布均匀的纳米纤维产生不良的影响。(2)在魔芋葡甘聚糖纺液射流的不稳定段,纺液射流要细化成为规则、连续的弯曲形态纳米纤维膜,不仅需要受到径向作用力的拉伸,还需要有适当的切向力的作用,纺液射流才能实现稳定的弯曲,制备出需要的纳米纤维膜。在仿真实验中发现,v入:v壁分别是1:1、1:3、1:5时,纺丝纤维成形不好,同时容易出现彼此的粘连。当v入:v壁分别是1:8和1:10的时候,静电纺丝效果较好,得到的纺丝纤维具有较好的形态,同时,由于固化得彻底,得到的纺丝纤维不易出现彼此间的粘连。(3)具体实验观察到的现象在本次CFD仿真中得到了证实,将本次CFD仿真的结果与具体的实验结果对照比较,发现二者运动形态上具有相似性。将仿真结果进行模型计算,推算出以葡甘聚糖为材料的电纺较理想的工艺参数为:环境温度25℃,相对湿度75%,纺丝溶液为0.5%的葡甘聚糖水溶液,纺丝电压20kV,在此参数下能得到较理想的葡甘聚糖纳米纤维膜。