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...     

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。     

喷气涡流纺喷嘴内气流流动的二维数值模拟

 为探讨喷嘴内部气流流动特征对纤维加捻成纱的作用,建立计算流体动力学(CFD)模型,对喷气涡流纺喷嘴中的气流流动进行二维数值模拟,并根据计算结果分析喷嘴内高速气流的速度场和压力场分布。模拟结果表明:气流的最大速度可达超音速,由于切向速度所产生的离心力和加捻作用,纤维的尾端从纤维束中分离出来,并旋转加捻到纤维束上,形成具有真捻的纱线;喷嘴入口区域的压力小于外界气压,这有利于由前罗拉钳口处输出的纤维束吸入喷嘴。研究还表明CFD技术是研究喷气涡流纺喷嘴内气流流动的重要手段。     

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。     

传统型与自捻型喷气涡流纺的对比

针对喷气涡流纺纱技术气流加捻过程中落纤率较高导致纱线细节较多以及纱线结构中芯纤维平行伸直导致纱线强力较低的问题,提出自捻型喷气涡流纺纱技术,依据动摩擦原理,采用镭射激光加工处理,增大自由端纤维与空心锭接触面之间的动摩擦力,实现纤维在空心锭表面旋转运动过程中自身发生扭转后包缠到纱线中,增大纤维间的抱合力。同时基于流体力学模拟和样纱试纺实验,对比分析了传统型喷气涡流纺和自捻型喷气涡流纺空心锭结构参数、喷嘴内部近壁面处的流场特征和纱线结构性能,验证了自捻型喷气涡流纺纱技术的可行性。     

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。     

喷气涡流纺喷嘴喷孔参数的分析

喷气涡流纺是利用喷嘴内高速气流的旋转对纤维加捻成纱的设备,为了分析喷嘴的结构参数对成纱质量的影响,选择喷嘴的喷孔直径d为0.5 mm,分别在不同喷孔数量n(5,6)及不同喷孔角度θ(60°,65°,70°,75°,80°)下,在新型涡流纺纱机上对粘胶原料进行纺纱实验。实验结果得到了喷孔最优结构参数:喷孔孔径×数量φ0.5×5;喷孔角度70°。     

喷气涡流纺喷嘴结构对流场影响的研究进展

喷嘴作为喷气涡流纺的关键部件,其结构参数（前罗拉夹持点到空心锭子距离、导引体结构、喷气孔结构、空心锭子结构、涡流室结构等）对纺纱质量有重要影响。回顾了喷嘴结构的基础研究进展,分析了关于喷嘴结构的研究方法以及数值模拟的应用。总结了主要结构参数对纺纱质量的重要影响;对比了单独考虑流场、考虑纤维与气流耦合以及纺纱实验的研究方法得到不同最优结构参数的原因,阐述了仅依托流场分析的不足之处;提出应选用合适的流场分析模型,同时考虑纤维特性的分析会更有价值。最后展望了喷嘴结构研究未来发展方向,以期共同推进喷气涡流纺技术的快速发展。     

喷气涡流纺涡流管喷孔工艺的实验研究

喷气涡流纺是利用高速旋转气流在涡流管中对纤维加捻而使其成纱,为了研究涡流管喷孔参数对纺纱的影响,对涡流管的喷孔参数(喷孔孔径、喷孔角度和喷孔个数)进行探讨,选择2种喷孔直径(0.5、0.6 mm),并在这2种直径下选择7种喷孔角度(30.0°、32.5°、35.0°、37.5°、40.0°、45.0°、50.0°)、3种喷孔个数(4、5、6),以粘胶为原料在喷气涡流纺纱小样机上进行纺纱实验,结果表明:当喷孔角度为45.0°,喷孔直径为0.5 mm,喷孔数目为4时,成纱质量好且能耗小.     

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。     

桑皮纤维/棉喷气涡流纱的工艺优化

运用喷气涡流纺技术生产桑皮纤维/棉55/45 28 tex喷气涡流纺针织纱,通过多目标灰色局势决策方法对纺纱关键元件喷嘴和纺锭内径进行优选,确定最优的纺纱元件为5孔的喷嘴、1.3 mm的纺锭内径。采用正交试验设计方法,对喷气涡流纺的纺纱速度、喷嘴压力、前罗拉到纺锭顶端的距离等3个关键工艺参数进行优化设计,并得出喷气涡流纺的最佳工艺参数:纺纱速度为300 m/min,喷嘴气压0.6 MPa,前罗拉到纺锭顶端的距离为18 mm。     

柴油机喷嘴内部空穴流动的三维瞬态数值模拟

建立了柴油机喷嘴内部空穴两相流动的三维气液两相流模型,并针对多孔垂直喷嘴进行了喷孔内部空穴两相瞬态流动的数值模拟;研究了喷嘴内部的瞬态速度场、压力场和湍动能的分布特点.通过计算可知,湍动能主要集中在喷孔上部空穴区,随着针阀升程的增大,喷孔入口的环状压降愈加明显,入口上拐角处形成的涡流区范围不断扩大.同时分析了不同针阀升程下空穴流动特性,获得了空穴产生、发展过程的规律,为进一步准确模拟和分析喷雾特性提供依据.模拟计算结果与已有的实验结果吻合较好.     

绢丝喷气纺中喷嘴工艺的优化设计

着重分析了绢丝喷气纺中喷嘴部分的工艺 :两喷孔距、前罗拉出口与喷嘴入口距离、前后喷嘴的压力对绢丝成纱质量的影响。并通过二次通用旋转组合设计及多因子的计算机优化 ,得出绢丝喷气纺喷嘴工艺的最佳配合     

绢丝喷气纺中喷嘴工艺的优化设计

着重分析了绢丝喷气纺中喷嘴部分的工艺,两喷孔距,前罗拉出口与喷嘴入口距离,前后喷嘴的压力对绢丝成纱质量的影响。并通过二次通用旋转组合设计及多因子的计算机优化,得出绢丝喷气纺喷嘴工艺的最佳配合。     

基于Flow Simulation的喷气织机辅助喷嘴喷孔结构优化

为提升辅助喷嘴引纬的综合性能,以喷气织机辅助喷孔为研究对象,采用Solidworks软件结构优化方法,对辅助喷嘴喷孔的流体性能进行了数值模拟。通过构建单圆孔、双圆孔、矩形孔3种辅助喷嘴喷孔流场三维模型,在0.4 MPa的工作环境压力下,分别研究了距喷口40 mm处截面的气流速度分布情况、辅助喷嘴的最大气流速度及辅助喷嘴入口处的质量流量情况。研究结果表明：在单圆孔辅助喷嘴锥度为正方向4°时综合性能最优,引纬稳定性最好,取得较大气流速度和最小质量流量,与锥度0°相比,最大气流速度增加了3.03%;对于双圆孔辅助喷嘴,采用上方喷孔直径1.5 mm、下方喷孔直径0.8 mm和两孔中心距离2.2 mm时获得最优结果;长宽比为2.3的矩形孔辅助喷嘴综合性能最优。     

喷气涡流纺工艺及其产品开发

研究喷气涡流纺中喷嘴气压、喷嘴入口与前罗拉钳口间距离对涤/棉70/30混纺纱、粘胶纱和竹浆纱纱线性能的影响,并对喷气涡流纱与环锭纱的成纱纱线性能进行了对比.研究表明:喷嘴气压与纤维刚度有较大关系,纤维刚度大,则喷嘴气压应高,以保证加捻的效率和成纱强力,一般应为0.40～0.55MPa;前罗拉钳口与喷嘴入口的距离与所加工的纤维长度有关,纤维长度大,则该距离应大,一般在13～16mm;喷气涡流纱的条干均匀度较喷气纱和环锭纱要差一些,但毛羽较之有显著减少.     

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。     

喷气涡流纺纺制Modal纱的参数优化

用喷气涡流纺纱开发纺制Modal纱,通过单因子及正交试验,对喷孔角度、导纱针至空心管距离、空心管锥角3个喷嘴参数进行优化,得出较优参数为:喷孔角度80°,导纱针至空心管距离1.5 mm,空心管锥角15°.测试分析了成纱的特点,为Modal喷气涡流纱的纺制及应用提供了参考.