[发明专利]一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法

说明书

本发明属于纤维膜性能仿真模拟技术领域，具体涉及一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，基于静电纺PU多孔纤维膜的真实几何结构及其真实纤维测量数据作为参数，进行参数化建模，建立高度仿真的3D几何模型；将建好的3D几何模型导入有限元模拟软件中，利用四面体单元进行网格划分；添加层流物理场生成表观速度，添加传热物理场进行热传递仿真模拟分析。本发明以真实纤维结构作为模拟参数设置基础，进行3D建模模拟，模拟结果与实验结果具有较好的一致性，验证了本发明热传递性能模拟预测方法能够满足静电纺PU纳米纤维膜的3D几何建模和热传递的模拟过程，对多孔纤维膜介质热传递性能的研究具有重要的理论意义。

技术领域

本发明属于纤维膜性能仿真模拟技术领域，具体涉及一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断进步，科学研究的深度也在不断扩展。计算机仿真模拟技术越来越多地应用到科研领域中。计算机仿真模拟可以收集和分析各种复杂的数据，能够全方位、有效地研究物理现象，调整优化测试参数；这样不仅减少了经济损失和人力物力的浪费，而且可以突破实验条件的界限，减少人为因素造成的误差，为各种材料的应用提供可靠的理论依据。计算机仿真模拟技术的发展为各种材料的研发设计提供了极大的助力，因此在纺织品的各种物理性能的研究中，借助计算机仿真模拟技术进行研究，已成为越来越多的纺织研究者关注的焦点。对纺织品织物进行几何模型构建，并利用有限元分析织物的各项性能，是近些年来研究的热点。

对于多孔纤维膜等织物的真实几何结构描述是对织物性能仿真研究的基础，这直接决定了仿真结果的准确性。对于其建模技术手段的探索，从二十世纪三十年代就已经开始，迄今为止已发展出多种具有实用性的方法。主要包括：利用计算机编程语言在三维空间中产生随机的长纤维形成3D几何模型；利用磁共振成像(MRI)、数字体积成像技术(DVI)、X射线断层扫描成像技术(X-CT)等成像技术，对采集的图像数据进行形态学处理，进而构建基于真实材料相关信息的3D几何模型；通过各种实验测量仪器获得多孔纤维织物的纤维直径、孔隙率等信息，使用相关专用软件直接构建等方法。

对织物有限元模拟热传递的基本方法首先构建相关条件下的传热模拟模型，然后使用有限元模拟软件，利用有限元法的相关理论，精确计算和模拟不同物理场和不同试样的热传递性能。随着相关理论研究和实践探索的不断深入，织物热传递模型逐步从理论模型扩展到二维几何模拟模型再发展到三维立体模拟模型。国内外很多研究者在研究织物热传递性能时，利用了有限元模拟技术。伴随有限元模拟技术的发展，对织物热传递性能研究的模型从开始的二维数值模型，逐步过渡到现在接近真实织物结构的3D几何模型。利用有限元模拟研究织物热传递性能，有利于开展对其传热过程的精细化研究，为织物热性能的预测提供可靠的理论基础。

关于静电纺多孔纤维膜热性能的研究，传统方法是采用重复性的物理实验，但存在成本高、效率低等问题。将计算机仿真模拟引入静电纺多孔纤维膜的传热性能研究中有利于缓解这些问题。依据多孔纤维膜等织物的真实几何结构进行描述，不仅是确保仿真模拟结果的真实性和准确性的基础，也是对织物性能进行仿真模拟的基础。因此，探索静电纺多孔纤维膜3D几何建模的方案并将其3D几何模型应用于其传热性能的有限元模拟研究中，具有极大的现实意义。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，包括以下步骤：

(1)以溶解度参数为依据选择溶剂配置纺丝液，进行静电纺丝，得到多孔纳米纤维膜；

(2)获取多孔纳米纤维膜的结构参数，包括纤维膜的厚度、孔隙率、透气率及单纤维的平均直径；