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气泡静电纺中的“闪电”现象模拟

发布者:系统管理员发布时间:2018-09-05浏览次数:0

气泡静电纺中的“闪电”现象模拟

一、实验名称: 气泡静电纺中的“闪电”现象模拟


二、学时数,面向专业:

4学时,纺织工程、非织造材料与工程,高分子材料与工程


三、实验目的与要求

闪电是自然界中常见现象,在气泡静电纺中可产生闪电型分叉现象。本实验将模拟带电液在高速运动过程中的放电现象和2维纳米网的制作过程。使学生理解和掌握纳米力学的基本特征和库伦放电的基本原理。


四、现有设备及台套数

各种气泡纺设备,Matlab数学软件和Fluent计算流体力学软件


五、实验内容

1.输入初始射流的速度、半径和表面电荷密度,应用自编的软件计算射流在给定电场下的加速度和速度变化规律,应用Fluent软件模拟射流直径变化规律;
2.应用电荷守恒定律确定电荷表面密度变化规律,计算射流表面的库伦力和表面张力;
3.调整各参数使得射流表面的库伦力大于射流表面的表面张力,射流开始放电,产生子射流;
4.根据流体力学基本规律,计算子射流的初始速度和半径;重复1-3. 子射流又可以放电,得到更小的纳米纤维(最小可以达到直径5纳米左右)。


六、代表性实验结果

由于射流表面具有相同电荷,因此为相互排斥。在气泡静电纺丝过程中,射流的直径急剧减少。表面电荷急剧增加,当库伦力克服表面张力时,射流表面能产生子射流。