喷气织机引纬筘槽内气流状态的测试分析

 为了解辅助喷嘴的喷射区间长度、辅助喷嘴的喷向角、辅助喷嘴的供气压力等因素与引纬筘槽内气流流速的关系,采用毕托管,通过自行设计的测量装置对引纬筘槽内的气流速度进行测量,同时研究了不同供气条件下气流速度的变化情况。研究结果表明：引纬槽内的气流速度变化剧烈,并按辅助喷嘴间距周期性波动;供气压力过小时筘槽内气流速度无法达到引纬要求;在引纬槽的同一截面上,不同的测量点具有不同的速度,纬纱在不同测量点受到的作用力也不一样。     

辅喷间距对筘槽内气流速度波动变化的影响

采用高速摄影系统,对喷气织机喷气引纬异形筘槽内纬纱飞行实际状态进行拍摄记录,可以看出纬纱存筘槽中合成的"三维气流场"中呈旋转波动式前行,并通过气体流场测试装置,在不同辅助喷嘴间距条件下对筘槽内以接力引纬的方式进行喷气引纬的气体流场进行测试分析,分析研究了筘槽内气体流场的空间立体的动态分布以及辅助喷嘴间距对筘槽内气体流场流速的波动变化的影响,在保证牵引气流具有较高流速的前提下,努力减小筘槽内侧合成牵引气流速度的波动变化范围,有利于减小运动纬纱的波动,改善引纬质量和节约气耗.     

喷气织机引纬筘槽内气流状态的实验研究

喷气织机筘槽内的引纬气流在筘片组成的气流通道内由多个相邻辅助喷嘴的喷射气流、筘片的背泄气流和从开口侧外泄的扩散气流形成。测量筘槽内的气流流速可以用于分析各工艺参数对引纬槽内气流场的影响，可以了解辅助喷嘴的喷射区间长度、辅助喷嘴的喷向角、辅助喷嘴的供气压力等因素与引纬筘槽内气流流速的关系。本文采用毕托管，通过自行设计的测量装置对引纬筘槽内的气流速度进行了测量，同时研究了不同供气条件下气流速度的变化情况。     

喷气织机引纬筘槽内气流状态的影响因素

由于测量引纬筘槽内的气流速度可用于分析各工艺参数对引纬过程的影响,为此通过自行设计的测试装置,采用毕托管测试引纬筘槽内不同位置的气流速度,并研究喷向角和辅助喷嘴间距等工艺参数的适调范围。结果表明:引纬筘槽内不同位置具有不同的气流速度;供气压力在(2～4)×105 Pa范围内,辅助喷嘴喷射角不宜设置为5°,否则将导致引纬气流速度过低;辅助喷嘴间距缩短有利于提高引纬筘槽内的平均流速,当辅助喷嘴间距为65 mm时,引纬筘槽内的气流速度完全能够满足100 m/s的引纬要求。     

喷气织机辅助喷嘴与异形筘结构参数对流场的影响

为深入理解辅助喷嘴引纬流场特性以及相关结构参数的影响作用,以便为引纬工艺的改善提供参考,根据实际引纬情形建立辅助喷嘴与异形筘组合流场模型。利用计算流体动力学软件Fluent对组合流场进行数值模拟,得到组合流场射流中心线上的速度分布,并通过实验验证数值模拟的合理性。以此为基础,探究异形筘下唇倾角以及辅助喷嘴喷孔与异形筘壁的距离对组合流场的影响。结果表明：辅助喷嘴组合流场出口速度的实验值小于数值模拟值,但二者整体上具有较好的一致性。供气压力为0.3MPa和0.4MPa时,异形筘下唇倾角为12°和3°时的气流速度为最优,同时辅助喷嘴喷孔与异形筘壁间的合适距离为9mm与10mm。     

喷气织机辅助喷嘴喷孔形状的优化设计

为了降低喷气织机高速织造下辅助喷嘴的气耗,设计了4种单圆孔辅助喷嘴,即将原来辅喷喷孔的形状由直孔设计为斜孔,斜孔与喷嘴壁形成一定夹角,将其定义为斜吹角。通过建立辅喷与引纬通道的组合流场模型,运用流体动力学(CFD)计算其流场特性,利用teclopt处理软件对射流速度进行采集。结果表明:随着斜吹角的增大,气流到达异型筘槽时间缩短,到达筘侧的最大速度同步增大。当斜吹角为12°时,辅喷的引纬能力达到最优,此时引纬通道中气流速度大且衰减慢,利于引纬。此外由于喷孔外壁的阻挡造成气流回旋,辅喷流量减少,有利于节约织造成本。     

喷气织机主喷嘴引纬特性实验研究

为分析喷气织机引纬过程中纬纱进入筘槽段内的运动状态,减少纬纱飞行过程中卷曲、飘动等不利运动情况,通过优化引纬工艺参数,搭建纬纱运动特性观测实验平台,利用高速摄影技术对纬纱飞入筘槽部分进行拍摄研究,获得气流特性与纬纱运动速度、加速度等参数之间的关系。实验结果表明,当主喷压力为0.3 MPa、主喷嘴出口距筘槽长度为20 mm,主喷嘴出口距第一辅喷嘴距离为50 mm时,织造能耗小,纬纱波动小,引纬效率高。研究结果为实际生产提供了参考。     

基于FLUENT的三维多层喷气织机引纬系统设计

针对现有三维织机织造效率低、机物料消耗大等问题,参考现有单层喷气引纬织机相关参数,设计出一种高效三维六层喷气引纬系统,六槽异型筘的1,2,3层和4,5,6层采用对称设计;在ANSYS/Fluent平台上,建立以多槽异形筘气流槽间距、辅喷嘴结构和安装参数为设计参数的虚拟样机模型;对虚拟样机进行仿真分析和设计优化,确定最佳设计参数。分析结果表明:辅喷嘴在0.3 MPa的供气压力下,异形筘气流槽间距为35 mm~45mm时最合理;第1层和第6层采用现有单层喷气引纬相关参数;第2层或第5层、第3层或第4层辅喷嘴分别采用仅加长末端、末端和喉部均分这两种结构,安装角分别为20°、25°时,流场分布和速度变化曲线最合理。     

纬纱运动气流指数与其影响因素的相互关系

采用气流指数测试仪,对喷气织机喷气引纬异形筘槽内纬纱飞行状态进行模拟,采用高速相机拍摄记录,用专业图像分析软件对纬纱在筘槽中的运动情况进行测试分析,通过对同种材质不同纤度、相同纤度不同材质的纬纱以及对同一种纬纱在不同供气压力条件下在筘槽中飞行运动的气流指数进行测试,分析研究纬纱在筘槽中飞行运动的气流指数与其各种影响因素的相互关系.     

喷气织机辅助喷嘴流场特性与耗气量分析

为研究辅助喷嘴几何结构对喷嘴喷射效果及耗气量的影响,采用CFD软件Fluent对喷气织机辅助喷嘴流场进行数值模拟,获得了辅助喷嘴在不同供气压力、出口截面积、出口形状及喷射角下的纬纱飞行轴线气流速度分布。结果表明:随压力增大,射流速度的提升逐渐变弱,耗气量随压力呈正相关变化;喷嘴出口截面积影响射流速度和持续性,随截面积增加耗气量不断增大;截面积一定时,出口形状变化对筘槽内流场影响较小;纬纱飞行方向上气流速度及峰值位置随喷射角而变化,在实验范围内,喷射角越大耗气量越小,选择合适的辅助喷嘴和引纬工艺,是实现喷气织机高质低耗目标的关键。     

喷气织机主喷嘴内部流场的数值计算

由于主喷嘴结构较为复杂,加工制造精度高,难以简单地采用实验方法测量其内部的流场特征,所以采用数值计算的方法,解析主喷嘴内部轴向和径向的气流速度分布规律,并比较不同供气压力条件下流场的变化情况。研究结果表明,主喷嘴内部气流非常复杂,既存在超音速区域,又存在回流现象,并且当供气压力过大时回流现象直接影响到引纬过程,因此供气压力设置范围应确保为0.2～0.4 MPa,研究所得对喷气织机织造工艺的优化具有较好的指导作用。     

喷气织机辅助喷嘴结构参数对流场特性的影响

为降低辅助喷嘴能耗,增强辅喷气流的集束性,提高生产效率和织物质量,分析了辅助喷嘴结构参数和供气压力对射流特性的影响。运用流体动力学软件Fluent对不同供气压力下单圆孔、正三角形孔和星形孔3种典型辅助喷嘴结构的三维流场模型进行数值模拟,得到在0.2~0.4 MPa供气压力下3种辅助喷嘴对称面的速度云图、中心轴线速度、耗气量及引纬速度平稳性,提出了评定辅助喷嘴综合性能的方法。并将单圆孔辅助喷嘴数值计算得到的中心线速度和径向速度与实验值进行了比较,验证了数值仿真结果的正确性。结果表明,当供气压力相同时,星形孔辅助喷嘴气流集束性、引纬平稳性最好,耗气量小,综合性能最优。     

喷气涡流纺工艺参数对气流场影响的数值计算

通过数值计算的方法研究喷嘴结构参数及喷孔出口速度对喷嘴内部流场流动特征的影响。研究结果表明:喷孔倾角增加,喷嘴轴线负压先增大后减小,倾角为30°时负压最大;切向速度随喷孔倾角的增加而减小,轴向速度随喷孔倾角的增加而增大;喷孔出口速度越大,切向、轴向、径向速度越大,在喷嘴轴线上负压也越大;空心锭外径对喷嘴内气流速度值影响较小,但空心锭外径较小时可使喷嘴轴线上负压增大;随空心锭与喷嘴入口间距的增加,速度场呈减小趋势,喷嘴内部静压减小,喷嘴进口负压增大。     

辅助喷嘴结构对喷气织机异形筘内合成流场特征的影响

为提高喷气织机引纬系统的引纬速度和稳定性,采用雷诺时均方程中的k-ε双方程湍流模型分别对单圆孔、正三角形孔和星形孔3种不同的典型喷嘴与异形筘的合成流场进行模拟仿真,得到在0.2~0.4 MPa供气压力下不同辅助喷嘴间距合成流场中心轴线气流速度和流场速度云图。结果表明:当压力相同时,正三角形孔辅助喷嘴合成流场中心轴线气流速度最高,对纱线牵引力最大;星形孔辅助喷嘴合成流场中心轴线气流速度变化幅度最小,引纬稳定性最好;单圆孔辅助喷嘴中心轴线气流速度波动最大,间距超过70 mm,不适合引纬;在全幅织物接力引纬时,各组喷嘴射流的喷射时间互相衔接,喷嘴间距不宜太长。     

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。     

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。