轉(zhuǎn)杯紡轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流場(chǎng)特性的研究

李相東，金玉珍，崔靖渝，魏順勇

(1.浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，杭州 310018；2.浙江泰坦服務(wù)有限公司，浙江新昌 312500)

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轉(zhuǎn)杯紡轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流場(chǎng)特性的研究

李相東1，金玉珍1，崔靖渝1，魏順勇2

(1.浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，杭州 310018；2.浙江泰坦服務(wù)有限公司，浙江新昌 312500)

轉(zhuǎn)杯紡紗利用氣流對(duì)纖維進(jìn)行剝離、輸送及凝聚等操作，轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)指向性、分布均勻度和扭曲度等有直接影響。為研究轉(zhuǎn)杯紡紗過(guò)程中轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流流動(dòng)特性，運(yùn)用Fluent流體仿真軟件對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果顯示：轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流流動(dòng)整體呈旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，氣流經(jīng)纖維輸送管進(jìn)入轉(zhuǎn)杯后，小部分直接向上流出轉(zhuǎn)杯，大部分向下流動(dòng)沖向轉(zhuǎn)杯壁面，并沿轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，在纖維輸送管出口處和假捻盤(pán)臺(tái)階處出現(xiàn)渦旋；轉(zhuǎn)杯內(nèi)部存在負(fù)壓區(qū)域，從纖維輸送管入口到出口動(dòng)壓不斷增大，凝聚槽內(nèi)動(dòng)壓最大；隨著轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速增加，凝聚槽水平截面上尾狀流動(dòng)區(qū)面積減小，旋轉(zhuǎn)流動(dòng)趨勢(shì)明顯；滑移面傾角對(duì)纖維輸送管出口處高壓區(qū)面積大小、位置及凝聚槽內(nèi)動(dòng)壓有顯著影響，進(jìn)而影響纖維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與成紗質(zhì)量，不宜采用過(guò)大的滑移面角度。

轉(zhuǎn)杯紡紗；轉(zhuǎn)杯；流場(chǎng)特性；Fluent；數(shù)值模擬

0　引　言

轉(zhuǎn)杯紡紗是目前新型紡紗方法中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種紡紗方法，具有紡紗速度快、卷裝容量大、適紡范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)杯紡紗利用轉(zhuǎn)杯內(nèi)負(fù)壓氣流對(duì)纖維進(jìn)行剝離、輸送和凝聚，進(jìn)而加捻成紗，因此轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流場(chǎng)特性對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)起著決定性的作用，影響生產(chǎn)效率和成紗質(zhì)量。

國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗工藝及關(guān)鍵部件參數(shù)與成紗質(zhì)量的關(guān)系做過(guò)大量研究。張百祥[1]通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和紡紗試驗(yàn)，指出分梳輥、假捻盤(pán)和轉(zhuǎn)杯的主要作用及相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)成紗質(zhì)量的影響；徐惠君等[2]根據(jù)紡紗原理，對(duì)纖維流運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行量化分析，指出影響纖維流運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部件和因素，得到造成轉(zhuǎn)杯紗不勻性的原因；張長(zhǎng)樂(lè)[3]根據(jù)力學(xué)原理，分析了纖維在紡杯內(nèi)空間及滑移面上的受力運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得出影響纖維伸直程度的主要因素； Lawrence等[4]利用高速攝影技術(shù)，研究了轉(zhuǎn)杯紡紗過(guò)程中纖維經(jīng)分梳輥分梳后進(jìn)入纖維輸送管的過(guò)程以及纖維在纖維輸送管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從纖維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)角度對(duì)輸送管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出最佳纖維輸送管尺寸；Kong等[5]采用數(shù)值模擬方法，對(duì)纖維輸送管和分梳輥的空間擺放位置與氣流場(chǎng)特性的關(guān)系進(jìn)行了探究，并分析了纖維在纖維輸送管內(nèi)的伸直、彎曲、打折等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；Su等[6]和Kuo等[7]利用正交試驗(yàn)方法，通過(guò)遺傳算法和粒子群算法對(duì)不同生產(chǎn)工藝參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出在不同工況下轉(zhuǎn)杯紡紗過(guò)程中最佳工藝參數(shù)(如喂給速度、轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速、紗線抽出速度等)；雷麗等[8]從磨損角度對(duì)高速轉(zhuǎn)杯內(nèi)部磨損進(jìn)行分析，指出轉(zhuǎn)杯內(nèi)磨損形式以沖蝕磨損為主，主要位置在滑移面上，轉(zhuǎn)杯內(nèi)部纖維運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)杯壁面的摩擦是造成磨損的主要原因；鄒鵬達(dá)等[9]從轉(zhuǎn)杯內(nèi)紗線接頭行為角度對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，指出纖維和接頭紗在流場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程；Chen等[10]用數(shù)學(xué)方程描述纖維質(zhì)點(diǎn)在轉(zhuǎn)杯滑移面上的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算出纖維質(zhì)點(diǎn)在不同生產(chǎn)工藝下的滑移時(shí)間；張奇等[11]通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)杯簡(jiǎn)化模型進(jìn)行二維數(shù)值分析，指出轉(zhuǎn)杯二維模型內(nèi)氣流流動(dòng)方向和大小，但由于沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速，其分析結(jié)果不能很好地反映全流場(chǎng)特性。

綜上所述，研究人員采用實(shí)驗(yàn)方法研究轉(zhuǎn)杯紡紗中生產(chǎn)工藝參數(shù)與成紗質(zhì)量的關(guān)系較多，對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)部全流場(chǎng)特性研究較少。本文采用Fluent軟件對(duì)高速轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值仿真，詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)杯內(nèi)部氣流場(chǎng)速度、壓力的分布特點(diǎn)，并采用控制變量法研究轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速、滑移面角度對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場(chǎng)特性的影響，以期為轉(zhuǎn)杯內(nèi)纖維運(yùn)動(dòng)成紗機(jī)理提供參考。

1　模型建立和網(wǎng)格劃分

本文以浙江泰坦公司生產(chǎn)的某型號(hào)抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)轉(zhuǎn)杯為參考模型。轉(zhuǎn)杯模型二維結(jié)構(gòu)剖面示意圖和內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)圖如圖1和圖2所示，轉(zhuǎn)杯直徑為36 mm，轉(zhuǎn)杯滑移面角度為71°，纖維輸送管垂直截面與轉(zhuǎn)杯中間截面之間的距離為6 mm。坐標(biāo)原點(diǎn)位于轉(zhuǎn)杯底面中心處，流道與轉(zhuǎn)杯接觸面為旋轉(zhuǎn)壁面，流道內(nèi)表面為靜止壁面。

圖1　轉(zhuǎn)杯二維結(jié)構(gòu)剖面

圖2　轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)

棉條經(jīng)分梳輥分梳成單纖維后，經(jīng)纖維輸送管進(jìn)入轉(zhuǎn)杯，沿滑移面運(yùn)動(dòng)到凝聚槽凝聚成纖維須條，經(jīng)導(dǎo)紗管引入的引紗與纖維須條搭接，進(jìn)而加捻成紗。纖維輸送管和導(dǎo)紗管入口定義為速度入口，速度分別為60 m/s和20 m/s；轉(zhuǎn)杯與杯蓋之間的環(huán)狀間隙定義為壓力出口，壓力為-8000 Pa；旋轉(zhuǎn)壁面轉(zhuǎn)速為120000 r/min。對(duì)流場(chǎng)模型進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分，在纖維輸送管出口處和凝聚槽內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格加密，網(wǎng)格數(shù)為2391406個(gè)。

2　控制方程和湍流模型

轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流流動(dòng)受物理守恒定律的支配，基本守恒定律包括：質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒，該模型應(yīng)滿足的控制方程如下：

質(zhì)量守恒方程：

(1)

動(dòng)量守恒方程：

(2)

能量守恒方程：

(3)

其中：ρ為氣體密度，t為時(shí)間，T為溫度，ui為氣流速度在xi方向的分量，Sm為源項(xiàng)，ST為粘性耗散項(xiàng)，Cp為流體比熱容，P為靜壓，τij為應(yīng)力張量，gi為i方向上的重力體積力，F(xiàn)i為i方向上的外部體積力。

本文采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)、SIMPLE算法，采用一階迎風(fēng)格式對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算。

3　網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

為了避免網(wǎng)格對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果的影響，首先進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，文中共設(shè)計(jì)了粗、中、細(xì)3套不同密度的網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)分別為28萬(wàn)、56萬(wàn)、130萬(wàn)，針對(duì)每套網(wǎng)格，用同樣的計(jì)算方法，取纖維輸送管出口處中心點(diǎn)處速度、壓力、湍流強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

表1　轉(zhuǎn)杯流場(chǎng)模型網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

從表1中可以看出，3種不同密度網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果中，速度、壓力基本相同，但細(xì)網(wǎng)格的湍動(dòng)能和湍流強(qiáng)度較小，湍動(dòng)程度低，為提高計(jì)算精度，本文在細(xì)網(wǎng)格基礎(chǔ)上對(duì)流場(chǎng)模型重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密。

4　結(jié)果和討論

4.1轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場(chǎng)速度特性分析

轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場(chǎng)速度特性對(duì)紡紗過(guò)程中纖維輸送、凝聚、旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)起決定性作用。為方便分析，分別截取轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場(chǎng)2個(gè)截面進(jìn)行討論：纖維輸送管垂直截面(X=6 mm)和凝聚槽水平截面(Z=-3.3 mm)。

圖3所示為纖維輸送管垂直截面(X=6 mm)速度云圖。從圖3中可以看出，靠近纖維輸送管出口側(cè)氣流速度明顯大于另一側(cè)氣流速度，且纖維輸送管出口側(cè)出現(xiàn)高速渦流1。靠近轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)壁面處氣流速度大，靠近靜止壁面處氣流速度小，從旋轉(zhuǎn)壁面到靜止壁面，氣流速度逐漸減小，最大速度出現(xiàn)在凝聚槽內(nèi)，轉(zhuǎn)杯底部出現(xiàn)大面積低速區(qū)2。圖4所示為纖維輸送管軸心線a-a′上氣流速度圖。由于纖維輸送管采用漸縮截面結(jié)構(gòu)，從纖維輸送管入口到出口，氣流速度呈遞增趨勢(shì)，在纖維輸送管出口處達(dá)到最大，遞增式氣流速度分布有利于纖維在輸送管內(nèi)平直運(yùn)動(dòng)。圖5所示為截線A-A′上氣流速度圖，從圖5中可以看出，距離A點(diǎn)2.25 mm范圍內(nèi)，切向速度不斷增加，說(shuō)明氣體進(jìn)轉(zhuǎn)杯后即隨轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，切向速度最大值出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)壁面A′處；距離A點(diǎn)2.25 mm以內(nèi)，軸向速度為正值，在2.25 mm到4.5 mm范圍內(nèi)，軸向速度為負(fù)值，負(fù)向軸向速度說(shuō)明存在往出口流動(dòng)的氣流。

圖3　纖維輸送管垂直截面(X=6 mm)速度云圖

圖4　纖維輸送管軸心線a-a′上速度

圖5　截線A-A′上速度

圖6所示為凝聚槽水平截面(Z=-3.3 mm)速度云圖。從圖6中可以看出，凝聚槽水平截面上氣流速度由外向內(nèi)不斷減小，最大速度出現(xiàn)在凝聚槽內(nèi)，約為220 m/s，最小速度出現(xiàn)在靜止壁面處，約為20 m/s。點(diǎn)B正對(duì)纖維輸送管出口，截線B-B′左側(cè)云圖層狀分布趨勢(shì)明顯，由旋轉(zhuǎn)壁面向轉(zhuǎn)杯中心遞減，說(shuō)明左側(cè)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)趨勢(shì)明顯，截線B-B′右側(cè)區(qū)域云圖分布不規(guī)律，層狀不明顯，旋轉(zhuǎn)流動(dòng)趨勢(shì)比左側(cè)弱。

圖6　凝聚槽水平截面(Z=-3.3 mm)速度云圖

圖7　截線B-B′上速度圖

4.2轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場(chǎng)壓力特性分析

轉(zhuǎn)杯內(nèi)動(dòng)壓大小直接影響纖維能否順利從分梳輥轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)杯內(nèi)凝聚，動(dòng)壓分布影響纖維在轉(zhuǎn)杯內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是能否順利紡紗的關(guān)鍵。圖8和圖9為纖維輸送管垂直截面(X=6 mm)和凝聚槽水平截面(Z=-3.3 mm)上動(dòng)壓云圖。從圖8可看出，纖維輸送管內(nèi)動(dòng)壓不斷增大，在纖維輸送管出口處出現(xiàn)高壓區(qū)1，而最大動(dòng)壓出現(xiàn)在凝聚槽內(nèi)，最小動(dòng)壓出現(xiàn)在轉(zhuǎn)杯底部。從圖9可以看出，靠近旋轉(zhuǎn)壁面區(qū)域動(dòng)壓大，越往轉(zhuǎn)杯中心壓力越低，最大動(dòng)壓出現(xiàn)在環(huán)凝聚槽一周內(nèi)。

圖8　纖維輸送管垂直截面(X=6 mm)動(dòng)壓云圖

圖9　凝聚槽水平截面(Z=-3.3 mm)動(dòng)壓云圖

4.3 轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速對(duì)流場(chǎng)特性的影響

為分析轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)部氣流場(chǎng)特性的影響，設(shè)置轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為60000、80000、100000 r/min和120000 r/min 4種情況，其它參數(shù)設(shè)置相同。圖10所示為不同轉(zhuǎn)速時(shí)截線B-B′上切向速度圖。圖11所示為不同轉(zhuǎn)速下凝聚槽水平截面(Z=-3.3 mm)速度云圖。

圖10　不同轉(zhuǎn)速時(shí)截線B-B′上切向速度

從圖11(a)中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為60000 r/min時(shí)，在纖維輸送管出口右側(cè)區(qū)域產(chǎn)生高速渦旋1，具有明顯的尾狀流動(dòng)區(qū)域2，且延伸到凝聚槽壁面。隨著轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速增加，尾狀流動(dòng)區(qū)域逐漸減小，當(dāng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速達(dá)120000 r/min時(shí)，纖維輸送管出口處高速渦旋和尾狀流動(dòng)區(qū)消失，速度分布均勻。從圖10可以看出，不同轉(zhuǎn)速下氣流切向速度呈中心對(duì)稱(chēng)分布，靠近轉(zhuǎn)杯中心區(qū)(圖中距離B點(diǎn)6 mm到32 mm區(qū)域)切向速度小，且基本相同，受轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速影響小?？拷D(zhuǎn)壁面處，氣流切向速度隨轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速的提高而增大，受轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速影響大。當(dāng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為120000 r/min時(shí)，同樣位置處的切向速度明顯大于其它轉(zhuǎn)速時(shí)情況。轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)杯凝聚槽內(nèi)氣流速度越大，轉(zhuǎn)杯凝聚槽水平截面上氣流速度分布越均勻，纖維輸送管出口側(cè)氣流流動(dòng)越穩(wěn)定，越有利于纖維凝聚。

圖11　不同轉(zhuǎn)速下凝聚槽水平截面(Z=-3.3 mm)速度云圖

4.4滑移面角度對(duì)流場(chǎng)的影響

纖維輸送管傾角為35°，選取滑移面角度為65°、71°和83°進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而分析滑移面角度變化對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場(chǎng)特性的影響。圖12所示為3種情況下纖維輸送管垂直截面(X=6 mm)動(dòng)壓云圖。

圖12　不同滑移面角度纖維輸送管垂直截面(X=6 mm)動(dòng)壓云圖

從圖12中可以看出，轉(zhuǎn)杯內(nèi)纖維輸送管出口處存在高壓區(qū)1，滑移面角度越大，高壓區(qū)1面積越大，離纖維輸送管出口越遠(yuǎn)。最大動(dòng)壓出現(xiàn)在凝聚槽內(nèi)，如圖12(a)中動(dòng)壓區(qū)2所示?；泼娼嵌仍龃螅畲髣?dòng)壓區(qū)2面積減小。高壓區(qū)1位于纖維輸送管出口處，面積越大，越不利于纖維穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，最大動(dòng)壓區(qū)位于凝聚槽內(nèi)，數(shù)值越大，越有利于纖維束凝聚，促進(jìn)纖維緊密抱合。當(dāng)α=83°時(shí)，凝聚槽內(nèi)最大動(dòng)壓約為12000 Pa，而α=65°和α=71°時(shí)，最大動(dòng)壓為18000 Pa。綜上所述，滑移面角度對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)流場(chǎng)特性有很大影響，滑移面角度越大，纖維輸送管出口處動(dòng)壓區(qū)面積大，不利于纖維的伸直，凝聚槽內(nèi)動(dòng)壓小，影響成紗條干質(zhì)量；滑移面角度越小，轉(zhuǎn)杯內(nèi)空間小，影響生產(chǎn)效率，故轉(zhuǎn)杯設(shè)計(jì)中盡量避免滑移面角度過(guò)大(α>83°)的設(shè)計(jì)，具體角度還需要靠實(shí)驗(yàn)研究來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證。

5　結(jié)　論

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)杯紡轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流場(chǎng)特性的研究，可以得到以下結(jié)論。

a)轉(zhuǎn)杯內(nèi)部氣流流動(dòng)為旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，纖維輸送管內(nèi)氣流速度呈遞增趨勢(shì)，出口處速度最大，氣流進(jìn)入轉(zhuǎn)杯后即隨轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，一部分氣流直接往轉(zhuǎn)杯出口流出轉(zhuǎn)杯，另一部分往下沖向轉(zhuǎn)杯壁面，在纖維輸送管出口處和假捻盤(pán)臺(tái)階處有渦旋存在；凝聚槽內(nèi)氣流軸向速度比切向速度小的多，切向速度大，有利于纖維的凝聚和加捻。

b)轉(zhuǎn)杯內(nèi)部存在負(fù)壓區(qū)，動(dòng)壓分布與氣流速度分布對(duì)應(yīng)，纖維輸送管內(nèi)動(dòng)壓不斷增大，有助于吸引經(jīng)分梳輥分梳后的纖維垂直進(jìn)入轉(zhuǎn)杯，并且在纖維輸送管出口處出現(xiàn)動(dòng)壓區(qū)；轉(zhuǎn)杯底部動(dòng)壓小，凝聚槽內(nèi)動(dòng)壓最大，越往轉(zhuǎn)杯中心動(dòng)壓越小，有利于纖維在凝聚槽內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。

c)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)流場(chǎng)特性有顯著影響，轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)杯內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)流動(dòng)趨勢(shì)越明顯，凝聚槽水平截面上的尾狀流動(dòng)區(qū)面積越小，凝聚槽內(nèi)切向速度越大，對(duì)纖維質(zhì)點(diǎn)形成的離心力也就越大，越有利于纖維束的凝聚加捻，對(duì)提高成紗質(zhì)量和產(chǎn)量有促進(jìn)作用。

d)滑移面角度對(duì)轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場(chǎng)特性有很大影響，滑移面角度越大，纖維輸送管出口處動(dòng)壓區(qū)面積便越大，凝聚槽內(nèi)動(dòng)壓越小，影響纖維伸直和成紗條干質(zhì)量，過(guò)大的滑移面角度設(shè)計(jì)不宜采用，具體參數(shù)有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究分析。

[1]張百祥. 轉(zhuǎn)杯紡工藝?yán)碚撆c成紗質(zhì)量的探討[J]. 紡織器材, 2014, 41(1): 5-11.

[2] 徐惠君, 張志, 栗寶華, 等. 轉(zhuǎn)杯紡紗纖維流運(yùn)動(dòng)及紡紗不勻性的技術(shù)分析[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù), 2013,21(2):5-7.

[3] 張長(zhǎng)樂(lè). 轉(zhuǎn)杯紡紡杯內(nèi)纖維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析[J]. 棉紡織技術(shù), 1991,19(12):14-18.

[4]LAWRENCECA,CHENKZ.AStudyofthefibre-transfer-channeldesigninrotor-spinning.partI:thefibretrajectory[J].JournaloftheTextileInstitute, 1988,79(3):367-392.

[5]KONGLX,PLATFOOTRA.Fibretransportationinconfinedchannelwithrecirculations[J].Computers&Structures, 2000,78(1):237-245.

[6]SUTL,CHENHW,MACM,etal.ImprovingthequalityofcombedyarnspunbyOErotorspinningusingtheGrey-Taguchimethod[J].Fibres&TextilesinEasternEurope,2011,19(2):23-27.

[7]KUOCFJ,LANWL,Feriyonika.Astudyofprocessingparametersinopen-endspinningprocessfororganiccotton(Ne24)[J].TextileResearchJournal,2012,82(15):1560-1568.

[8] 雷麗, 胡旭東, 陳洪立. 高速抽氣式紡紗器的轉(zhuǎn)杯的磨損[J]. 紡織機(jī)械,2013,(6):43-46.

[9] 鄒鵬達(dá), 陳洪立, 李曉明, 等. 流場(chǎng)狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗接頭行為影響的研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2014,22(3):1-4.

[10]CHENRH,SLASTERK.Particlemotionontheslidewallinrotorspinning[J].JournaloftheTextileInstitute, 1994, 85(2):191-197.

[11] 張奇, 汪軍, 曾泳春. 轉(zhuǎn)杯紡紡杯內(nèi)氣流流動(dòng)的二維數(shù)值模擬[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2013,34(2):51-64.

(責(zé)任編輯： 康鋒)

Research on the Characteristics of Internal Airflow Field in Spinning Cup of Rotor Spinning Machine

LIXiangdong1,JINYuzhen1,CUIJingyu1,WEIShunyong2

(1.Faculty of Mechanical Engineering & Automation, Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018, China; 2.Zhejiang Taitan Co., Ltd., Xinchang 312500, China)

Rotor spinning is to use the airflow to strip, transport and condense the fibers to form yarn. The internal airflow affects the direction, distribution and twist degree of the fibers directly. To further learn the flow characteristics of the internal airflow, Fluent, a computational fluid dynamics (CFD) software, was adopted to carry out simulation calculation of the flow field in the spinning cup. The simulation results indicate that the airflow within the rotor is a swirling; the airflow is divided into two parts after it flows into the cup through the fiber transport channel; one small part flows out directly while the other big part flows downward and rushes at the wall surface of spinning cup and then rotates with the rotor. There are swirls both at the exit region of the fiber transport channel and at the navel step. There is negative pressure in the spinning cup; the trend of the dynamic pressure is increasing from the inlet to the outlet of the transport channel and and the maximum dynamic pressure exists in the groove . With the increase in the rotating speed of spinning up, the caudate flow area is diminishing on horizontal section of coagulation groove and the swirling flow trend is obvious. The dip angle of slide surface has a great effect on the area size and location of high pressure area at the exit of fiber delivery pipe and the dynamic pressure in the groove, and then influences the fiber motion state and the finished yarn quality.Excessively large dip angle of slide surface shall not be used.

rotor spinning; spinning cup; flow field characteristics; Fluent; numerical simulation

10.3969/j.issn.1673-3851.2016.03.010

2015-5-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51576180)，浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LZ14E050004)，浙江理工大學(xué)流體工程技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(11132932611309)

李相東(1990-)，男，江蘇東海人，碩士研究生，主要從事紡織機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)方面的研究。

金玉珍，E-mail：gracia1101@foxmail.com

TS103.3

A

1673- 3851 (2016) 02- 0211- 07 引用頁(yè)碼： 030404