基于分形原理的球形静电纺丝头建模及其电场仿真

摘要

为了提高球形纺丝头表面场强，精确控制射流的发射位点，基于分数维原理发明了一种球分形静电纺丝头，其结构通过在大球表面多次阵列一定数量小球获得，极大提高了小球表面的电荷密度，增大电场强度，在可控发射纺丝流体的同时有效降低纺丝电压，既节省能源又提高纺丝过程安全性。利用有限元软件COMSOL对球分形纺丝头进行了场强数值模拟分析，研究了小球数量（排列方式）和结构尺寸对电场强度及分布的影响，确定了小球数量和半径。结果表明：当大球半径为60 mm、小球半径为2.0 mm时，大球表面可等间距排列49个小球，该球分形纺丝头的场强比球状纺丝头提高了4倍，可在49个小球表面发射至少49个射流，小球间场强干扰低，射流位置固定，可增加电纺膜的均匀性。

关键词

静电纺丝 / 球分形结构 / 电场分布 / 有限元分析

基金资助

国家自然科学基金资助项目（51973168）; “武汉英才”湖北省武汉市高层次人才项目（武财行[2022]734）