在真空噴射法制備薄膜的過程中，射流效果如何主要取決于噴嘴的結(jié)構(gòu)。不同的噴嘴對液體射流霧化的影響不同，其作用效果主要取決于噴嘴中噴口的形狀，通過對三種不同噴嘴噴口形狀的流動模型的建立和數(shù)值分析可知錐直型噴口其水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)變化較小，霧化效果最好且成膜的質(zhì)量最高。

　　真空噴射霧化過程是真空噴射法制備高分子薄膜主要成膜過程，該方法主要是利用真空室內(nèi)外較大的壓差使聚合物溶液通過噴嘴噴射霧化后分散成不計(jì)其數(shù)的高速運(yùn)動的細(xì)小液滴到達(dá)基片形成高分子薄膜。成膜質(zhì)量的好壞主要取決于噴霧質(zhì)量的好壞。而影響噴霧質(zhì)量的首要因素即為噴嘴，不同的噴嘴隨著結(jié)構(gòu)參數(shù)及噴射環(huán)境的不同而具有不同的液滴噴霧特性。

　　在研究真空噴射制備高分子薄膜噴霧的數(shù)值模擬中，噴嘴內(nèi)部流動分析為液體出噴嘴后的射流霧化提供初始條件，如噴射速度分布、噴霧錐角大小和液滴直徑分布等。由于噴嘴內(nèi)部流動的復(fù)雜性，以實(shí)驗(yàn)的方法很難測量到。由于液體流經(jīng)噴嘴的過程中空穴及反流等情況的產(chǎn)生對噴孔出口的流動狀態(tài)產(chǎn)生較大的影響，對噴嘴內(nèi)部流動進(jìn)行分析和模擬是非常必要的。

　　噴嘴噴口流動模型

　　現(xiàn)有的被大家廣泛證明和認(rèn)可的噴嘴內(nèi)部流動狀態(tài)模型是在Soteriou 和Chaves 等人對放大和真實(shí)噴嘴內(nèi)部流動的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果基礎(chǔ)上總結(jié)歸納出來的主要有單相流動、空穴流動和水力倒流三種流動狀態(tài)，圖1 為噴嘴內(nèi)流動狀態(tài)示意圖。在單相流流動狀態(tài)下，噴射液體充滿整個(gè)噴嘴而沒有任何空隙，此時(shí)的流動為層流或湍流，液體的流動損失主要來自于與噴嘴壁面的摩擦和在噴口處界面突變帶來的收縮和后期膨脹。液體最初以單相流的形式流出，并在其充分發(fā)展的基礎(chǔ)上隨著噴射速度的增加當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)在噴口收縮區(qū)域內(nèi)靜壓下降，當(dāng)該區(qū)域靜壓下降到液體的飽和蒸汽壓以下時(shí)，會在噴口壁面上產(chǎn)生空穴，當(dāng)空穴充滿整個(gè)噴口壁面區(qū)域時(shí)即為空穴流。

　　空穴流是噴嘴流動時(shí)最常發(fā)生的流動狀態(tài)。隨著噴射速度更進(jìn)一步的提高，如果噴嘴為壁面光滑且軸向?qū)ΨQ的理想噴嘴，在下游的空穴繼續(xù)發(fā)展直到上縮至噴口上游，使空穴區(qū)與出噴嘴外部氣體相連通則形成了水力倒流。發(fā)生水力倒流流動狀態(tài)時(shí)，液體呈液柱狀光滑流出，射流液體要在距噴嘴較遠(yuǎn)處才發(fā)生破裂。在實(shí)際的噴射中由于噴嘴非理想噴嘴故水力倒流現(xiàn)象可以不予考慮�？昭�流是最常見的噴嘴內(nèi)部流動狀態(tài)。

圖1 噴嘴內(nèi)部流動模型

　　不同的流動狀態(tài)會決定不同的噴霧邊界條件。正確判斷噴嘴流動狀態(tài)對液體的射流霧化過程的研究有著重要的影響。流動狀態(tài)的確定需考慮以下幾個(gè)參數(shù)：判斷空穴發(fā)生的空穴數(shù)(K)、流量系數(shù)(Cd)和收縮系數(shù)(Cc)。具體的計(jì)算公式如下：

　　通過上述對三種不同噴嘴在噴口處的模型的建立、數(shù)值分析和模擬以及噴嘴參數(shù)的確定等方面的分析可知，在三種噴嘴結(jié)構(gòu)中錐直型噴嘴在噴口處的水蒸氣體積分?jǐn)?shù)變化最小。這樣會使液體從噴嘴噴出后的射流速度和壓力方面分布的變化較小，射流在湍流的擾動下霧化更加充分，并能形成均勻的小液滴使達(dá)到基體上的高分子溶液分布更為均勻易形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的致密的高分子薄膜。