双喂给转杯纺纱系统是一种能够实现两根纤维条子同时独立喂给和梳理,并最终将两根条子的纤维加捻成一根纱线的新型转杯纺纱技术。该转杯纺纱器可以很好地解决性能差异较大的两种或多种纤维混纺的纺纱问题,同时可实现不同纤维须条的良好梳理和均匀混合。但是由于双喂给转杯纺纱器是一种尚处于研发阶段的新的技术,对其纺纱通道内的气流流动特性、纤维/气流的相互作用以及纤维的成纱加捻还缺乏有效的研究,因而使得双喂给转杯纺纱器的优化设计及其在混纺纱方面的应用缺乏理论依据。此外,纺纱通道内的气流流动是在封闭的环境内进行的,因此要有效地研究其气流场特性也是具有挑战性的。本文以双喂给转杯纺纱器为研究对象,借助FLUENT建立气流场的数值计算模型,通过对双喂给转杯纺纱器气流场的数值计算结果进行深入分析,研究纺纱器结构尺寸、转杯内部负压、漩涡生成、湍流粘度等对气流流动特性的影响,以及气流的流动特性与成纱过程、成纱性能的关系。本文的研究内容分为四大部分:一是建立、求解和分析双喂给转杯纺纱器纺纱通道内气流场;二是对比研究双喂给转杯纺纱器通道内和单喂给转杯纺纱器通道内的气流流动特性及其与成纱性能的关系;三是对纺纱试验验证数值模拟结果;四是实验分析参数对混纺纱的成纱性能的影响。首先,建立双喂给转杯纺纱器通道内气流场的数值模型。采用SOLIDWORKS 2016 x64版本建立双喂给转杯纺纱器的几何模型,为确保计算结果的正确性,几何模型尺寸与实际模型的尺寸完全一致。为了便于比较,同时建立传统单喂给转杯纺纱器几何模型。先建立描述两种转杯纺纱器通道内气流场的控制方程,采用k-ε模型进行湍流运算,用二阶迎风格式对控制方程组进行离散,后采用SIMPLE算法进行数值求解。借助ANSYS FLUENT进行数值模拟模型的计算与求解,从而得到纺纱器通道内气流场的分布规律。重点讨论双喂给转杯纺纱器转杯内气流流动特性以及纺纱器几何结构、转杯负压、涡流产生、雷诺数、流线和湍流粘度对气流流动特性的影响,并探索双喂给纺纱性能与气流流动特性的关系。研究结果表明,湍流强度和雷诺数随着入口处气流速度的增大而增大;转杯内的压力分布随着输纤通道出口正压力的变化而显著变化。入口处气流速度低至100m/s时,转杯内的气流流动为理想的湍流,有利于减少纱线质量的恶化。相比于传统单喂给转杯纺纱器,双喂给转杯纺纱器通道内的气流流线更为有序,且气流漩涡更少。第二部分的研究工作是基于第一部分的内容展开的,主要对双喂给转杯纺纱器和单喂给转杯纺纱器做一个较为全面的对比分析,揭示两种模型中气流流动特性的区别,以及成纱性能变化的根本原因。采用有限体积法(FVM),并利用第一部分研究工作中所建立的数值模拟模型,通过设定相应的纺纱参数以及与气流流动特性有关的其他参数,对双喂给和单喂给转杯纺纱器通道内的气流场进行数值模拟。由于转杯是转杯纺纱器的核心部件,并且转杯内的气流流动特性受到输纤通道来流的影响较大,因此,本文重点对比分析两种转杯内气流的流线、总阻力、负压、湍流强度、漩涡生成以及速度分布等方面的差异,并对两种纺纱器所纺的纱线的性能进行简要的对比分析。数值模拟结果表明:与传统转杯纺纱器相比,双喂给转杯纺纱器内的气流的速度和压力的分布更加均匀,总阻力减小了60-80%。通过对两种纺纱器所纺的纱线的断裂强度、断裂功、粗细节和毛羽等性能进行比较,测试结果表明双喂给转杯纱的成纱质量要优于传统转杯纱。两种转杯纺纱系统的气流流动参数对比结果表明:在这两种纺纱器模型中,其气流的负压分布、湍流强度、涡旋构成和流线形态等方面均存在显著差异。这为双喂给转杯纺纱器技术发展提供坚实的基础,也为研究双通道的出口位置和优化设计提供更多的依据。第三部分的研究工作是实验验证数值模拟结果。采用两种纺纱系统进行棉-粘胶和棉-涤纶混纺纱试验,并测试分析成纱的断裂强度、伸长率、毛羽和条干不匀等性能。实验结果表明:双喂给转杯纺纱器所纺的混纺纱具有更优的断裂强度、毛羽和条干不匀性能,可能是因为在双喂给转杯纺纱器内纤维的伸直度更好,这一点与数值模拟结果相符。而另一方面,两种纱线的伸长率、CVm、粗细节等性能没有显示出具有统计意义上的差别,即表明双喂给转杯纺纱器对这些参数没有显著的影响。数值模拟结果和实验结果表明,双喂给转杯纺纱可以作为具有竞争力的混纺纱生产技术脱颖而出。该纺纱方法使转杯纺纺制多组分纱线成为可能,且扩展性更强。论文最后一部分是深入分析了双喂给转杯纺纱技术中的参数对成纱性能的影响。通过实验,研究了分梳辊型号、条子喂给方式、纤维进入转杯的方向等对双喂给转杯纺涤/棉混纺纱的质量的影响。测试了58tex 55/45涤/棉混纺纱的强力、断裂伸长率、质量不匀、毛羽、粗节(+35%)和细节(-30%)等性能,采用Minitab对测试结果进行统计分析。方差分析(ANOVA)结果表明:除了粗节(+35%)之外,组间测试的纱线性能具有统计学意义,组内测试结果采用Tukey HSD检验法进行检验,显著性水平为α=0.05。与其他纱线样品相比,左分梳辊采用OK37而右分梳辊采用OK40所纺的混纺纱(PCLR)具有更优的质量。该研究结果表明,针对特定的纤维采用特定的分梳辊类型可以获得更好的纱线性能。综上所述,本文建立了基于计算流体动力学的双喂给转杯纺纱器通道内气流场的数值计算模型,采用数值模拟和实验的方法,对双喂给转杯纺纱器通道内气流的流动特性进行了较为全面的研究。数值模拟结果和纺纱实验结果均表明,双喂给转杯纺纱技术在生产混纺纱上具有较大的优势和潜力。本文的研究为双喂给转杯纺纱器的进一步优化设计和应用提供重要的理论支持。