專利名稱：一種測量電紡絲工藝中射流螺旋段流速的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電紡絲領(lǐng)域，具體涉及一種測量電紡絲工藝中射流螺旋段在不同高度水平面處流速大小的方法及裝置。
背景技術(shù)：
電紡絲屬于電流體(EHD)噴印技術(shù)中的一種，是目前制備納米纖維的重要方法之一。電紡絲過程如附

圖1所示，當(dāng)外加直流高壓電場后，原本在毛細(xì)管針頭處懸掛的聚合物溶液/熔液液滴會形成泰勒錐，導(dǎo)致溶液/熔液噴射細(xì)流形成并被所加的高壓電場加速形成纖維狀射流。射流在到達(dá)接地的接收基板之前會干燥或固化，從而在接收裝置上得到超細(xì)纖維。在電紡絲中，雖然在噴絲頭頂部射流穩(wěn)定為直線運動，但在射流加速飛向收集電極同時固化成纖維過程中，將呈螺旋形流動，此段內(nèi)在同一高度水平面上，射流液滴近似為勻速圓周運動，在隨后的過程中將出現(xiàn)“鞭動”等復(fù)雜的電流體動力學(xué)行為。為了研究電紡絲過程中螺旋段運動的規(guī)律以便研究不同工藝參數(shù)(如直流電壓的大小，紡絲溶液的流量、紡絲溶液的電導(dǎo)率、電極距離等)對紡絲過程的影響，從而更有效的進(jìn)行電紡絲，對射流螺旋段在不同高度水平面處流速進(jìn)行表征非常重要。由于電紡絲速度的空間分布性，一般測量設(shè)備難以滿足要求。目前可以采用的一種測量裝置是粒子圖像速度場儀(Particle Image Velocimetry,簡禾爾 PIV)(參考文獻(xiàn) Adrian R. J. ；1991 :Particle_Imaging Techniques for Experimental Fluid Mechanics，Annual. Rev. Fluid Mech.，no.23， PP. 261-304)，其能實現(xiàn)全流場速度瞬態(tài)測量，且對流場干擾較小，但需要其做輔助設(shè)備，復(fù)雜且成本較高，無法快速有效的進(jìn)行速度測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種測量電紡絲工藝中射流螺旋段流速的方法，利用高速運動的接收裝置獲得射流纖維的軌跡，根據(jù)軌跡測量出流速，從而快速有效的獲得電紡絲流速在空間不同高度處的分布規(guī)律。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種電紡絲過程中射流螺旋段流速的測量方法，包括如下步驟(1)收集電紡絲在電紡絲射流螺旋段下方一定高度處的水平面上設(shè)置一勻速運動的基板，獲得單根纖維的軌跡，并記錄基板的運動速度大小Vtl ；(2)計算出射流螺旋段的流速對獲得的軌跡進(jìn)行測量，得到軌跡上最高點與最低點間的縱向距離I1和軌跡上任意兩個最高點或兩個最低點間的橫向距離lo，進(jìn)而計算出射流螺旋段的流速Vm ；(3)調(diào)節(jié)基板為各種不同高度水平面，重復(fù)上述步驟(1)和步驟0)，分別計算得到電紡絲過程中射流螺旋段在不同高度水平面處的流速大小，即可獲得電紡絲流速在空間不同高度處的分布規(guī)律。進(jìn)一步地，所述射流螺旋段的流速Vm按如下公式

權(quán)利要求
1.一種電紡絲過程中射流螺旋段流速的測量方法，包括如下步驟(1)收集電紡絲在電紡絲射流螺旋段下方一定高度處的水平面上設(shè)置一勻速運動的基板，獲得單根纖維的軌跡，并記錄基板的運動速度大小Vtl ；(2)計算出射流螺旋段的流速對獲得的軌跡進(jìn)行測量，得到軌跡上最高點與最低點間的縱向距離I1和軌跡上任意兩個最高點或兩個最低點間的橫向距離Ici,進(jìn)而計算出射流螺旋段的流速Vm ；(3)調(diào)節(jié)基板為各種不同高度水平面，重復(fù)上述步驟(1)和步驟O)，分別計算得到電紡絲過程中射流螺旋段在不同高度水平面處的流速大小，即可獲得電紡絲流速在空間不同高度處的分布規(guī)律。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述射流螺旋段的流速Vm按如下公式_ InR _ TrllJiV0mrpJ丄/〇其中，k為兩最高點或兩最低點間的周期個數(shù)，R為射流液滴在該高度處的水平面上旋轉(zhuǎn)運動的半徑，^ = #，T為射流液滴在該高度處的水平面上旋轉(zhuǎn)運動的運動周期。 2
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的方法，其特征在于，步驟( 中，所述縱向距離I1可通過多次測量最高點與最低點間的縱向距離再取其平均值得到，即k =丄(A1+A2+…+ A Jη其中，Ili為最高點與最低點縱向距離的第i次測量值，i = 1，2，. . .，n，其中η為測量次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電紡絲過程中射流螺旋段流速的測量方法，包括如下步驟(1)在電紡絲射流螺旋段下方一定高度處的水平面上設(shè)置一勻速運動的基板，獲得單根纖維的軌跡，并記錄基板的運動速度大小V0；(2)對獲得的軌跡進(jìn)行測量，得到軌跡上最高點與最低點間的縱向距離l1和軌跡上任意兩個最高點或兩個最低點間的橫向距離l0，進(jìn)而計算出射流螺旋段的流速Vm；(3)調(diào)節(jié)基板為各種不同高度水平面，重復(fù)上述步驟(1)和步驟(2)，分別計算得到電紡絲過程中射流螺旋段在不同高度水平面處的流速大小，即可獲得電紡絲流速在空間不同高度處的分布規(guī)律。本發(fā)明可實現(xiàn)電紡絲技術(shù)射流螺旋段不同高度處流速的測量，且測量時不受纖維形態(tài)的影響。
文檔編號G01P5/18GK102353807SQ201110160100
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者劉洵, 尹周平, 布寧斌, 黃永安 申請人:華中科技大學(xué)