轉杯紡紗器內流場特性數(shù)值模擬及實驗分析.pdf

1、轉杯紡紗屬于氣流紡的一種，是眾多新型紡紗方法中技術最成熟、應用最廣泛的紡紗方法，氣流在轉杯紡紗過程中起著重要的作用。國內外很多學者對轉杯紡紗機的紡紗工藝包括轉杯轉速、分梳輥轉速、喂給和牽引速度及負壓氣流大小等進行了不少的實驗研究，但是對轉杯內部氣流場特性及轉杯內纖維運動特性的研究不深入。而轉杯內氣流場特性及纖維的運動特性對成紗質量、紡紗效率、適紡范圍等有很大影響，是研制高性能轉杯紡紗機機制的技術基礎。
　　本文首先通過歐拉平衡方程

2、得到旋轉流場中壓力方程，以纖維顆粒為纖維模型分析顆粒在轉杯滑移面上的受力運動情況，給出滑移面角度對纖維顆粒運動的影響方程，理論計算常用滑移面角度范圍。其次，以浙江某紡機公司轉杯紡紗器為參考模型，建立轉杯流場流道內模型，采用數(shù)值模擬方法對轉杯內氣流場特性進行仿真，得到轉杯內速度、壓力場分布，進而分析纖維輸送管內和轉杯內流動參數(shù)的變化對纖維運動的影響。接著，將纖維假設成微小纖維顆粒流，采用歐拉模型對轉杯內纖維—氣流兩相流進行數(shù)值仿真，分析纖

3、維顆粒流相在轉杯內的運動分布情況。同時對不同轉杯轉速、不同滑移面角度、不同纖維輸送管結構和傾斜角度等參數(shù)變化對轉杯內纖維顆粒流分布的影響進行分析。最后，將轉杯、纖維輸送管及負壓空腔等關鍵部件進行透明化處理，搭建轉杯內纖維運動觀測實驗平臺，利用高速攝影技術對纖維在透明輸送管及轉杯內的運動情況進行拍攝研究，分析其運動趨勢，與仿真結果進行對比。
　　通過本文研究，我們得到如下結論：
　　1.轉杯內部存在負壓，壓力大小與距轉杯軸線距

4、離有關，輸送管是個漸縮管，截面積越小，氣流速度越大，輸送管入口處氣流速度最小，從入口到出口速度不斷增大，在輸送管出口處出現(xiàn)高速渦旋，氣流經輸送管進入轉杯后便出現(xiàn)與轉杯旋轉方向一致的旋轉流動，旋轉一周后在輸送管出口處匯交，匯交區(qū)湍流強度大。
　　2.纖維進入轉杯后出現(xiàn)指向旋轉方向的頭端彎曲，之后沿滑移面運動到凝聚槽內聚集，并隨轉杯旋轉而緊貼凝聚槽旋轉流動，纖維相在滑移面上呈坡型分布，凝聚槽內纖維環(huán)長度不斷增加。而滑移面角度的微小變化

5、對纖維相流動狀態(tài)影響不大，一般滑移面角度選70°左右。
　　3.轉杯轉速對輸送管內及轉杯中心區(qū)(距轉杯軸線距離12mm范圍內)氣流參數(shù)基本無影響，近旋轉壁面區(qū)(距旋轉壁面距離小于6mm)氣流速度、壓力受轉杯轉速影響大，在同一位置，轉速越高，氣流速度越大。
　　4.輸送管傾角影響纖維相流動方向及其在滑移面上的接觸點位置，當傾角為32-37°時最佳，相同工況下，不同漸縮度輸送管出口處靜壓和速度基本相同，而入口處氣流速度和靜壓與漸