Modelování a simulace bičující nestability při elektrostatickém zvlákňování

Ing. Milan Šimko, Ph.D.

Disertační práce

Modeling and simulation of whipping instability in the electrospinning process

Anotace:

Disertační práce se zabývá matematickým modelováním bičující nestability elektricky nabité kapalinové trysky, která je vytvářena z polymerního roztoku prostřednictvím elektrostatických sil během elektrostatického zvlákňování. Klíčovým atributem matematického modelu je ideální přímočarý segment zelektrizované trysky, tzv. "viskoelastická činka". Na základě analýzy tohoto segmentu byly zformulovány obyčejné diferenciální rovnice opisující jeho dynamiku i fyzikální vlastnosti. Součástí disertační práce je vyvinutá vícevláknová počítačová aplikace, která umožňuje provádět simulace procesu elektrostatického zvlákňování. Numerický výpočet obstarává paralelní výpočetní jádro, které představuje algoritmizaci numerického modelu. Výsledky numerických simulací jsou vizualizovány prostřednictvím trojrozměrné počítačové grafiky.

Abstract:

This dissertation thesis deals with the mathematical modeling of a whipping instability of an electrically charged liquid jet, which it is created from a polymer solution by electrospinning. The ideal rectilinear element of the electrically charged liquid jet, the so-called "viscoelastic dumbbell", is the key attribute of the mathematical model. Governing equations describing dynamics and physical properties of this element were formulated based on its lysis. A developed multi-threaded computer application that allows to simulate the electrospinning process is also a part of this dissertation thesis. A parallel computational kernel, which it is an algorithmization of the numerical model, handles an approximate numerical computation. Resutls of numerical simulations are visualized through three-dimensional computer graphic.

Klíčová slova

bičující nestabilita, elektrostatické zvlákňování, kapalinová tryska, matematický model, nanovlákna, počítačová simulace.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 12. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 5. 10. 2016
• Vedoucí: prof. RNDr. David Lukáš, CSc.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta textilní

Doktorský studijní program / obor:
Textilní inženýrství / Textilní materiálové inženýrství