喷气涡流纺喷嘴内部三维流场的数值研究

 采用3D CFD建立喷气涡流纺喷嘴结构模型,应用Fluent 6.2流体计算软件对模型内气流场进行数值模拟,表征了喷嘴内部三维流场的流动状态,解析了喷嘴内气流流场的压力场和速度场分布,分析了流场与成纱机制的相关关系。研究表明:压缩气流经喷孔后在喷嘴内形成三维旋转气流,切向、轴向气流速度分布符合旋转气流理论;切向气流对边缘自由端纤维加捻,轴向气流对纤维束的牵伸作用可忽略,径向气流对纤维束起膨胀作用,在切向气流作用下获得更多的包缠纤维;喷嘴内部静压呈U形分布;边缘自由端纤维在不同位置加捻程度的差异导致纱线捻度不匀。     

喷嘴参数对喷气涡流纺内流场特性的影响研究

为明确喷气涡流纺纱的纺纱机理,研究喷嘴中喷孔数量、喷孔倾角和供气压力对喷气涡流纺内流场的影响情况,文章采用Fluent软件进行喷气涡流纺的内流场模拟分析.通过结果对比分析发现:喷孔数量和供气压力对喷嘴内流场的气流旋转运动影响较为显著,随着喷孔数量和供气压力的增加,喷嘴内气流的旋转运动显著增强,对纱线自由端纤维的加捻效果...     

基于有限元模型的喷气涡流纺纤维运动轨迹模拟

为模拟喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维的运动轨迹,针对喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维柔性体的动力学特点,基于弹性细杆单元建立纤维有限元模型,结合喷气涡流纺气流加捻腔内流场的气压、速度分布特征,确立自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程,遵循力学平衡、能量守恒、质量守恒和动量守恒等原理,解析自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程的待定系数,数值模拟自由端纤维在加捻腔内高速旋转气流作用下的运动轨迹;利用示踪纤维法对有限元模拟纤维运动轨迹的理论结果进行验证。结果表明,基于弹性细杆单元的有限元模型对于模拟纤维运动轨迹具有一定可行性和有效性。     

基于ADINA流固耦合的纤维在涡流场中的运动研究

为了研究纤维在喷气涡流纺喷嘴中的运动状况,以MVS861型喷气涡流纺喷嘴为原型建立二维计算模型,运用有限元计算软件ADINA中的流固耦合计算模块对纤维-气流两相耦合进行数值分析,同时研究喷孔处的压力大小对两相流运动的影响。结果表明:气流经两侧喷孔喷出后,在流场内会产生涡流场推动内部纤维以波浪式运动向喷嘴出口推进;随着喷孔处的压力增大,纤维的运动周期变短、摆动频率变高;增大喷孔处的压力能够提高纤维加捻包缠的工作效率。     

解析法评价旋转气流对喷气涡流纱的加捻强度

 在对喷嘴内部流场数值模拟的基础上通过解析法研究旋转气流对喷气涡流纱加捻的强度。研究结果表明:旋转气流对喷气涡流纱的加捻强度是喷孔数目、喷孔倾角、喷孔直径、喷嘴直径、空心锭外径、喷孔出口速度(即喷嘴气压)、空心锭入口与喷嘴入口间距、尾端自由端纤维倒伏空心锭上部的高度、纱线直径等的函数。喷孔出口速度增加,旋转气流加捻强度增强;加捻喷嘴直径减小,旋转气流加捻强度增大;空心锭入口与喷嘴入口间距增加,旋转气流加捻强度减小;空心锭外径增加,旋转气流加捻强度增加。数值计算结果表明解析模型的有效性。     

喷气涡流纺喷嘴参数对内流场特性的影响

为探究高速气流在喷气涡流纺内流道的流场特性规律,课题组基于FLUENT建立喷嘴的参数化模型,采用单一变量法分别研究喷孔数量、喷孔倾角和供气压力对喷嘴内流场的影响。结果表明：受引导部件的影响,内流场气流特性分别存在不规则性,且有较多的回流和涡流现象的存在;随着喷孔数量的增加,喷孔出口气流速度略有增大,内流场涡流现象减少,气流旋转性能显著增强;随着喷孔倾角的增大,气流速度峰值先增大后减小,导引部件螺旋面两侧的轴向速度和切向速度分布有明显不同,而当喷孔倾角超过70°后角度对速度的影响逐渐减弱;随供气压力的增加,气流速度增大,气流旋转特性增强,纱线加捻效果有所提高。该研究对于喷气涡流纺喷嘴的结构设计具有参考价值。     

基于螺旋导引槽空心锭子的喷气涡流纺加捻腔流场模拟

针对喷气涡流纺纺纱过程中存在的成纱强力偏低的问题,提出一种基于螺旋导引槽空心锭子以提高成纱强力的方法。通过数值模拟的方法,研究基于螺旋导引槽空心锭子的加捻腔气流场流动特征,验证螺旋导引槽空心锭子结构对成纱性能的改善作用。结果表明：空心锭子外表面的螺旋导引槽可以引导气流流动,使自由尾端纤维的加捻作用增强;此外,螺旋导引槽结构的存在,导致槽内外气流的静压和速度存在差异,引起自由尾端纤维的内外转移,并产生自捻效应,可进一步实现喷气涡流纺纱线强力的提高。     

喷气涡流纺中纤维运动的三维数值模拟

针对目前模拟纤维在喷气涡流纺喷嘴流场中运动情况,常将纤维模型简化或者建立二维模型,无法描述纤维在三维空间内的变形这个问题,建立了纤维运动三维模型,并合理设置纤维属性,使纤维运动模型更加符合实际状态。结合任意拉格朗日-欧拉法,数值模拟求解了纤维在喷气涡流纺喷嘴流场中的运动问题,并分析了纤维的运动与变形情况。结果表明:加捻室的负压导致喷嘴入口的气流流动,纤维尾端在气流中的运动十分复杂,先在乱流的影响下小幅波动,然后随时间推进振动频率和振动幅度都是先增大后减小;在流场的影响下,纤维尾端从纱线中被剥离出来,并呈螺旋形式向前行进形成包缠纤维。     

空心锭结构参数对喷气涡流纺内流场的影响

为研究空心锭外圆锥面上斜孔结构对喷气涡流纺成纱性能的影响,采用Solidworks建立了加捻腔的三维CAD模型,利用Fluent 15建立了加捻腔的流体计算力学模型,并进行了流场仿真,研究了流场的气流流动特性以及压力场、速度场的分布规律。结果表明:气流经喷孔喷出后以螺旋状推进,加捻腔内部静压场呈现U型分布;在靠近空心锭入口处存在负压,有利于纤维加捻后吸入空心锭内;空心锭外圆锥面上开通的斜孔有利于增加纤维输出时的轴向速度并且能够有效减缓轴向速度减小的趋势;斜孔角度对纤维进入加捻腔时的轴向速度起到一定的影响,轴向速度随斜孔角度的增加存在先增大后减小的趋势;斜孔能够提高纤维的加捻效果,改善成纱性能。     

喷气涡流纺喷孔数量对喷嘴内气流场的影响

为了研究喷孔数量对喷嘴内气流场的影响,应用FLUENT流体计算软件对喷嘴内部气流场进行数值模拟,并结合Origin Pro 8对不同喷孔数量时喷嘴内部气流场状况进行比较和分析,深入解析喷孔数量对涡流场的影响。研究表明:喷孔数量对喷嘴内部气流场的特性影响较为明显,随着喷孔数量的增多,气流在喷嘴中形成的旋转运动增强,喷嘴入口处用以吸引纤维的负压也随之增大,对纱线的加捻特性也就越强。     

喷气涡流纺纱线细节产生机制分析

 通过数值计算对喷气涡流纺喷嘴内部流场衰减规律进行探讨。讨论加捻腔中纤维的受力情况及涡流作用下的运动状况;建立倒伏在空心锭上的纤维自由端绕空心锭旋转的临界角速度与进入纱尾的纤维头端长度、纤维半径等参数间的函数关系,以临界角速度作为衡量纤维头端是否被抽拔的依据,解释喷气涡流纺落纤、成纱细节产生的原因。临界角速度随进入纱尾纤维头端长度的增加而增大;纤维半径越大,临界角速度越小,在同一喷嘴气压下,半径大的纤维纺纱时落纤、成纱细节较多;增加喷嘴气压对成纱强力有利,超过某临界值落纤、成纱细节增加,对成纱质量不利;增加喷嘴内部负压,适当减小前罗拉与空心锭的距离可减少落纤、细节的产生。     

凹槽形状对气流槽聚纺纱集聚区流场及成纱性能的影响

针对气流槽聚纺纱不同集聚凹槽形状对成纱性能的影响,建立集聚区域三维模型,利用Fluent软件模拟不同凹槽结构的气流槽聚装置集聚区域的流场分布,比较其气流流场的特点。模拟结果表明：在相同负压条件下,非对称凹槽气流槽聚装置的气流利用率高,负压气流方向和集聚方向的速度分别为48.3、24.5 m/s,可有效握持和集聚纤维束,使得输出的须条能够最大程度地集聚,纤维也尽可能多地集中成为主体纤维束,有利于减少毛羽。通过测试所纺27.78 tex苎麻纱的成纱性能,验证非对称凹槽的集聚性能以及集聚气流对成纱性的影响。实验结果表明：采用非对称凹槽集聚装置纺制的纱线毛羽比环锭纺减少了77.58%,成纱强力比环锭纺提高了14.32%,成纱性能显著提高。     

A numerical and experimental study on the effect of the orifice angle of vortex tube in vortex spinning machine

In order to study the effect of orifice angle of vortex tube on yarn forming in jet vortex spinning, eight levels of nozzle angle are designed, from 40° to 65°, and the corresponding three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) models are established to conduct the numerical simulation of the airflow in the nozzle. Through the analysis of numerical simulation, the pressure and velocity distribution are made clear which provides reference for the future design of the vortex tube. Simulation results show that when the orifice angle is around 50°, the airflow state within the nozzle has a large negative pressure with appropriate axial and tangential velocity, which is conducive to the formation of the open ends of fibers and twisting, and the yarn quality is better. Spinning experiment results prove that single yarn strength is the maximum, the irregularity of single yarn strength is the minimum, and other yarn properties are superior with the orifice angle at 50°, which shows a good agreement with the simulation results.     

Numerical and experimental research on the influence of parameters on the tensile properties of Murata vortex yarn

In this paper, a three‐dimensional numerical simulation is presented on the flow field inside the nozzle of Murata vortex spinning. Four parameters; nozzle pressure; jet orifice angle, twisting surface angle, and distance between the nozzle inlet and the spindle, are selected to investigate their influences on the airflow characteristics in the nozzle and, consequently, on yarn tensile properties. Experimental research is also conducted to investigate the influence of these parameters on the yarn tensile property. The computational results are compared with the experimental results and they are in good agreement. The research shows that with the increase of the nozzle pressure and the twisting surface angle, the yarn tenacity first increases and then decreases. Yarn tenacity increases with increasing jet orifice angle. Yarn tenacity decreases with the increasing distance between the nozzle inlet and the spindle.     

不同压强条件下环锭旋流喷嘴内部流场模拟

为探究在不同环锭旋流喷嘴气道入口压强条件下喷嘴内部的流场分布规律,借助STAR-CCM+与ANSYS CFX流体分析软件建立旋流喷嘴模型并进行数值模拟分析,得到在纺纱过程中旋流喷嘴内部气流的速度和压力分布云图。结果表明:空气通入气道入口的流动机制遵循涡流效应,以旋流状向纱道两端流出,向两侧流出的旋流可对纱线进行轻微解捻和毛羽的进一步贴服;喷嘴内部流场对比示意图表明入口压强对纱线受力的分布并无影响,但气流压强波动幅度随入口压强的增大而增大,波动幅度越大越利于毛羽的包裹,对纤维束的包裹作用也更强烈,但过大的气流压强会造成更多纤维的流失。     

Research on flow field in a modified ring spinning system with the air nozzle

Twisting is one of the most important steps in the yarn spinning, which influences the geometry of spinning triangle and determines the properties of spun yarns. Airflow is one of the most important measures on improving yarn spinning. In this paper, a kind of air nozzle with vortex guiding channel was designed and used on the modification of ring spinning system, and the spun yarn qualities was studied by analyzing the airflow field in the nozzle. Firstly, the three-dimensional physical model of nozzle was given using CAD software according to the geometrical size of the practical nozzle model. Then, the numerical simulations of the three-dimensional flow field in the nozzle were given using Fluent software. Finally, two different kinds of yarns 10Ne and 20Ne were spun in the modified ring spinning system with the nozzle installed. The airflow pressure 0.01 Mpa and two different swirling directions, anticlockwise and clockwise, were chosen. The qualities of spun yarns, hairiness, strength, evenness, and number of snarling were measured and analyzed. It is shown that the high vortex airflow can be produced in the nozzle, and then corresponding twist can be produced. For the Z(S) twisting spun yarn, under the effects of the clockwise (anticlockwise) vortex airflow, the pre-twisting would be produced and the yarn twist can be strengthened, while under the effects of the anticlockwise (clockwise) vortex airflow, the untwisting effect would be produced, and the yarn twist can be decreased.     

MVS成纱结构与性能的探析

MVS是在MJS的基础上发明的一种纺纱方法，利用气流喷射在喷嘴内产生高速旋转气流，使须条获得真捻而成纱，属于自由端纺纱。文章探析了MVS的成纱原理及成纱结构与特征。