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。