纤维与气流耦合的数值模拟

结合纤维的本构方程与气流控制方程,建立二维的纤维与气流耦合方程。采用相容时间积分与迭代耦合算法,对纤维在喷气织机主喷嘴中拉伸弯曲运动特性、纤维受力情况以及与壁面接触时的微观运动特性进行研究。结果表明:纤维在气流的作用下会产生拉伸弯曲变形,呈现正弦或者余弦形式波动;纤维在自由端的弯曲变形效果比在约束端的明显;纤维受到气流作用时,最大应力值往往发生在纤维弯曲部位以及与壁面相接触的部位。     

四罗拉紧密纺气流导向装置应用研究

采用Fluent软件对带有气流导向装置的四罗拉紧密纺系统集聚区流场进行数值仿真模拟,得到气流导向装置在不同安装位置下集聚区内的气流动动规律,为该系统气流导向装置的优化设计提供了理论依据.研究表明:加装气流导向装置后,集聚区的负压作用区域明显增大,有利于须条的横向聚集,可有效防止单纤维扩散而不集聚到纱体中,保证了各纤维以平行的状态实现完美聚集;不同气流导向装置位置下的集聚区的流速分布不同,在合适的高度范围内,气流导向装置位置越低,须条集聚方向风速越大,须条输出方向风速越小,须条厚度方向风速略微减小.低位置的气流导向装置更适合纺制线密度较小的纱线,高位置则更适合纺线密度较大的纱线.通过实验对模拟结果进行了验证.     

纺织纤维的弯曲疲劳理论及其应用

为了更加真实地了解纤维的使用性能,合理利用纺织纤维,本文根据现阶段对纺织纤维疲劳机理的研究,部分总结了关于纺织纤维弯曲疲劳的一些研究方法和研究装置。目前对柔性纤维弯曲疲劳的研究,主要有应力寿命(S-N)法、能量法和高聚物疲劳理论,这些对于纺织材料的弯曲疲劳研究都发挥着极其重要的作用。同时,随着理论方法的发展,相应的弯曲疲劳仪器也有了很多的改进。结合现代一些专业软件的开发应用,纤维疲劳研究的内容和方法越来越方便和真实,这些都有效促进了纺织纤维弯曲疲劳的研究发展。     

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。     

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。     

非均匀流场在喷气变形加工中的作用

本文论述了在不同类型的喷气变形喷嘴中，其结构形式保证了内部气流为一个强烈的非均布湍流流场，该流场强度又受到各结构参数和工艺参数的影响。高速压缩空气气流通过其机械力的作用完成对丝束的物理变形，并讨论了这一气流变形能量随结构形式及流场强度不同的变化差异。     

网格圈型集聚纺集聚区纤维运动轨迹模拟分析

为获得网格圈型集聚纺集聚区的纤维运动轨迹,首先由流场模拟获得了集聚区的速度场,然后建立了纤维微元在气流场中动力学模型,最后通过Matlab编程模拟了不同初始位置的单纤维运动轨迹。研究结果表明：不同初始位置的纤维在气流作用下的运动轨迹不同,纤维之间发生相互穿插现象;纤维在Y轴向气流作用下逐渐靠近并贴伏在网格圈表面;不同初始位置的纤维运动轨迹反应出集聚区须条集聚过程可分为快速集聚区、调整集聚区和稳定集聚区。     

输毛管中流场状态对纤维丝束开松处理效果的影响

纤维输毛管的设计对粘胶纤维或Lyocell短纤维丝束的开松效果至关重要。为了探究纤维丝束在输毛管中的开松机理以及管道内流场状态对纤维运动状态的影响,采用三维建模软件建立输毛管流场模型,在商用软件Cradle CFD中建立纤维丝束模型结合流场进行耦合计算,研究分析了2000根长度为38 mm纤维丝束在输毛管中的运动过程。结果表明：在输毛管中纤维丝束受到流场作用的差异形成了纤维丝束运动的速度差,这是纤维丝束开松的主要原因;输毛管的竖直圆形管道处存在较大的压力梯度,使纤维丝束整体受到压力差异,也为纤维开松创造条件;输毛管的锥型管位置处的速度场较复杂,有利于纤维丝束开松;管径的变化导致产生漩涡,阻碍了纤维的输送。研究结果可为化纤与纺织行业输毛管设计提供参考。     

气流纺流场测试

气流是气流纺纱过程中用作输送、凝聚纤维和纺纱等的主要手段. 在自排式气流纺纱器中,由于刺辊的高速回转、加捻杯的抽吸作用及各补风孔的存在等因素,在纺纱器壳体和加捻杯内形成一复杂流场,它们对纤维、杂质流动有影响. 为了搞清气流运动的规律,查明部分区域产生积杂的原因;分析各补风孔的作用及效果;探索提高纱线的产质量和降低断头的方法,为进一步改进气流纺纱机提供参考依据,必须对流场进行测试.     

四罗拉集聚纺纱系统纤维运动数值模拟与分析

为深入了解四罗拉集聚纺纱系统的集聚机制,对四罗拉集聚纺纱系统的关键部件进行实际测量来构建物理模型,通过Fluent16进行流场模拟获得了集聚区的气流速度分布场,然后用微元法建立纤维的动力学模型,并使用MatLab编辑动力学方程模拟不同状态下单纤维的运动轨迹。研究结果表明:集聚区入口处纤维向中心汇集输出,纤维在横向集聚方向上有较大的横向位移;单纤维的运动轨迹具有规律性,但中间微元时间段的位移具有随机性,纤维在气流力和摩擦力的共同作用下产生抱合;随着负压值的增大,纤维抱合作用增强,但负压值过大,会使纤维内外转移减弱,降低纤维的抱合程度。     

熔喷三维气流场的数值计算与分析

为探究双槽形熔喷模头喷气孔端面对空气流场特征和纤维拉伸工艺的影响,对熔喷三维流场进行数值分析。采用Gambit建立了双槽形熔喷模头的结构模型,应用Fluent软件对熔喷三维气流场进行数值计算,分析流场中的速度、温度和压强分布规律及喷气孔端面对纤维制备的影响。结果表明:喷气孔端面对流场分布有一定影响,若远离流场中心,纺丝线上的速度和温度开始下降,而静压值变化较小;流场中心附近处纺丝线上的速度、温度和压强分布差别很小,靠近喷气孔端面的纺丝线上的温度、速度和静压最低;双槽形模头流场不同位置纺丝线上速度、温度和压强的不同导致制备的熔喷纤维在性能等方面存在差异。     

纤维束与异形筘内合成气流的相互耦合作用

为提高喷气织机辅助喷嘴的引纬效率,设计了3类多孔阵列式辅助喷嘴,揭示了多孔形状与阵列方式对合成气流速度分布和弹性纤维束运动位移的影响规律。建立了纤维束-气流耦合的动力学模型,基于任意拉格朗日-欧拉法数值模拟了三维瞬态流场分布及纤维束运动位移,并采用高速摄像机拍摄纤维束运动位移,验证了数值模拟结果的正确性。通过数值模拟得到了异形筘道内合成气流速度分布、速度梯度及纤维束头端运动位移。结果表明：异形筘道内合成气流速度梯度变化与纤维束头端位移具有相关性,合成气流速度梯度越小,纤维束运动位移也越小;三圆孔中心阵列辅助喷嘴形成的合成气流速度梯度最小,纤维束运动位移最小,适合用于弹力较大织物的引纬。     

熔喷气流场中的纤维运动模拟与分析

为探究纤维在熔喷气流场中的牵伸运动过程,对熔喷气流场和纤维牵伸过程进行数值模拟。分析了熔喷气流场的分布特点,采用欧拉-拉格朗日法建立了熔喷纤维牵伸力学模型,获得熔喷纤维在气流场中的运动轨迹、牵伸倍数等信息;利用高速摄影机捕获了纤维在熔喷气流场中的运动轨迹并验证了模拟结果。结果表明：熔喷喷嘴下方存在气流回旋区,气流场分为射流单独流动区、射流汇合融合区和射流合并区;熔喷纤维的牵伸倍数先增加后减小,纤维运动在射流单独流动区出现鞭动,在射流合并区中存在纤维折叠成圈现象;射流汇合融合区是纤维细化的主要区域,该区域内纤维鞭动增加,牵伸倍数最大;验证实验中纤维运动中的鞭动、折叠成圈和运动轨迹与模拟结果一致。     

柔性复合导电纤维在智能纺织品中的研究进展

智能纺织品的应用是各类新材料、新技术在纺织产业中的综合表现,近年来呈现高速发展态势。为推动柔性复合导电纤维在纺织领域智能化、集成化方面的应用,助力于纺织产业的智能化转型,系统性地综述了不同材料制备柔性复合导电纤维的导电机制,这些材料包括金属纳米材料、导电高分子材料、碳纳米材料以及以MXene为代表的其他材料等;总结了柔性复合导电纤维的制备方法;着重介绍了纤维基应变传感器、纤维基超级电容器以及纤维基纳米发电机等柔性电子设备在智能纺织品中的应用;最后指出功能集成型、可持续自供电、低能耗、绿色无害是柔性复合导电纤维未来的发展趋势。     

利于高速牵伸的导流板式熔喷气流流场数值模拟与分析

为获得利于高速牵伸的熔喷喷头设计,使用数值模拟方法对多种几何结构熔喷喷头的气流流场进行了分析,重点探讨了导流板长度、导流板间距和导流板安装位置等导流板熔喷喷头的结构特征参数对熔喷气流流场的作用规律。结果表明：在一定范围内,降低气流入射角有助于提升气流速度,从而使气流对聚合物的握持和牵伸作用增强;适当增加导流板长度、减小导流板间距会有效增强气流集束作用,并减缓气流衰减速度;导流板安装位置对气流的最大速度有显著的影响,导流板间距离越小,气流最大速度越大。     

气流场和聚合物射流运动对液喷纺纤维形貌的影响

为研究液喷纺丝过程中气流场分布和聚合物溶液射流运动对纤维形貌的影响,通过数值模拟分析变压力条件下液喷环形喷嘴下方的气流场分布,采用高速摄影技术捕捉聚丙烯腈（PAN）溶液射流在湍流场中的运动并分析其运动规律。结果表明：随气流压力的增加,气流中心线速度和湍流强度增加;液喷纺PAN微纳米纤维直径逐渐降低并变得均匀,但是压力过大会恶化纤维形貌,并伴随着纤维束的出现。液喷纺丝过程中纤维的细化与气流的拉伸作用、聚合物射流的弯曲不稳定性和摆动作用等因素有关。     

纤维和纱线绕过圆柱表面时的摩擦问题

分析了非柔性纤维和纱线绕过圆柱体表面时张力增大的规律，并获得了改进的Ｃａｐｓｔａｎ公式。该公式考虑了纤维和纱线的直径以及弯曲性能的影响。解决了将Ｃａｐｓｔａｎ公式应用于纺织材料力学性能分析时所遇到的一些主要困难。     

梳棉机高效工艺柔性梳理特点浅析

从理论角度分析了高效工艺中梳棉机柔性梳理的工艺特点,梳棉机采用高效工艺后,纤维的分梳、转移、凝聚等作用均与普通工艺有所不同,高效工艺充分发挥了气流附面层的作用,使纤维受力柔和,降低了纤维的疲劳度,减少了纤维损伤,充分体现了柔性梳理的特点。     

网眼罗拉紧密纺集聚区三维流场数值模拟与分析

本文采用Fluent软件对网眼罗拉紧密纺系统集聚区流场进行数值仿真模拟,可以形象、直观地对流场内气流分布做出分析和评价,定量解析集聚区域内流场的静压特性及速度分布规律。研究结果表明：静压值由圆孔壁面向圆孔中心部分逐渐增大,并且吸风槽口中心线处的圆孔静压值要大于其他位置圆孔静压值;两个圆孔之间的气流流动并不孤立;低位置的气流流动受圆孔影响较大,各轴向速度分量随着圆孔的间隔出现呈现波动性,高位置的气流流动更加平稳,各轴向速度分量没有间隔性突变。     

纺粘非织造聚合物拉伸模型初探

为探究纺粘非织造工艺中工艺参数对纤维最终直径的影响,文章基于纺粘非织造聚合物拉伸过程,构建了纺粘非织造聚合物拉伸理论模型,并应用MATLAB对模型进行数值计算。同时,选取纺粘工艺参数中的气流初始速度、聚合物初始温度、聚合物质量流量3个因素,通过控制变量法比较观察不同方案下经过数值求解后得到的纤维直径,得出3个因素分别对纤维最终直径的影响。结果表明,气流初始速度越大,聚合物初始温度越高,聚合物质量流量越小,最终形成的纤维直径越细。