【摘 要】
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纺纱器是转杯纺纱机的核心部件,它主要利用气流进行排杂、纤维输送和加捻。转杯纺纱器内的气流与纤维的耦合运动特性,如气流特性,纤维的运动形态等,与加捻效率和成纱的质量有密切的关系。因此,研究纺纱器内气流与纤维的耦合运动特性,进而优化纺纱工艺及关键部件的设计具有非常重要的研究意义。本文以抽气式纺纱器为研究对象,采用数值模拟和实验研究相结合的方法研究纺纱器内气流与纤维的耦合运动特性。首先基于Realiza
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纺纱器是转杯纺纱机的核心部件,它主要利用气流进行排杂、纤维输送和加捻。转杯纺纱器内的气流与纤维的耦合运动特性,如气流特性,纤维的运动形态等,与加捻效率和成纱的质量有密切的关系。因此,研究纺纱器内气流与纤维的耦合运动特性,进而优化纺纱工艺及关键部件的设计具有非常重要的研究意义。本文以抽气式纺纱器为研究对象,采用数值模拟和实验研究相结合的方法研究纺纱器内气流与纤维的耦合运动特性。首先基于Realizablek-e湍流模型建立转杯纺纱器内气流的理论计算模型,从压力,速度等方面分析纺纱器内气流特性;其次基于EDEM的bond模型构建了纤维模型,探究纤维在旋转湍流场中的运动形态变化;最后搭建纤维运动实验平台,利用高速摄影技术拍摄纤维在转杯内的运动形态,分析不同参数下纤维的运动特性,进而提出纺纱器结构和纺纱工艺参数优化的建议。本论文的研究成果如下:1、本文的纤维模型由若干颗粒通过bond键粘结形成,该模型受力分为颗粒行为和胶接行为,纤维受力主要集中在颗粒部分,颗粒部分的受力使纤维发生位移,胶接部分的受力则使得纤维会发生偏转和弯曲。从纤维运动可知纤维在输纤通道出口附近（0.004-0.006s）受力变化最大,纤维变形最剧烈,与转杯内气流速度变化规律一致。2、转杯转速、输纤通道角度、转杯出口压力是影响纤维运动的因素。转杯转速越高,杯内气流的速度越大,纤维运动越快。当流场的转速过低（如文中20000rpm工况）,会使得靠近输纤通道处的流场紊乱,对纤维扰动非常大,因此需要在启停阶段稳定后再放入纤维,否则会影响成纱质量;监测几个典型转杯出口压力,发现出口压力越大,流场速度越大,纤维输送速度越快,但在-8000 Pa时纤维运动最平稳;输纤通道角度为30°时比20°和40°时流场旋涡更少,更加稳定,纤维受力变化更小,运动更平稳;纤维初始角度为0°时（与输纤通道轴线平行）在输纤通道内纤维运动最平稳,但在凝聚槽内稳定的时间也最短。3、本文采用高速摄影技术对转杯内纤维运动进行了实验分析。当转杯转速在60000 rpm以上,压力出口为-8000 Pa,输纤通道角度为30°时纤维会得到较小的直线度,纤维运动更平稳,实验结果与数值模拟结果基本一致。
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