本课题对于环锭纺的加捻卷绕原理进行深入研究,提出预加捻环锭纺系统。此纺纱系统在原有环锭纺纱的基础上,结合喷气涡流场的作用,实现纤维须条的预捻,最终通过钢领、钢丝圈加捻成纱。利用这种新型的预捻环锭纺纱方法,将从根本上改变加捻卷绕的分配形式,以期提高现有的环锭纺纱速度。本文的主要研究目的为设计一种基于喷气涡流场,并适用于预捻环锭纺纱系统的气流预加捻器。基本研究方法为通过计算流体力学,对预加捻器中气流运动进行研究,研究其运动规律,并结合气流预捻实验,对气流预加捻器的结构进行设计和改进。通过课题研究,主要成果可以分为以下三个方面:(1)气流预捻器内气流运动特征的研究运用流体力学模拟软件——FLUENT对气流预捻器内部流体区域进行数值模拟,得到流场的运动规律。压缩空气从环形气室中通过喷嘴高速射入加捻腔体中,形成涡状气流场。由于气流的旋转运动形成显著的离心现象,加捻腔的中心形成低压区。空气从进纱通道和出纱通道被吸入加捻腔体中。整个腔体中的气流运动后从腔体底部的出气口向大气扩散。(2)气流预加捻器的设计本课题根据环锭细纱机和现有气流加捻装置的结构,基于喷气涡流场理论对气流预加捻器进行设计。第一代预加捻器具有一定的包缠加捻效果,但是由于纤维须条握持距和入口通道尺寸过大,导致纤维须条假捻现象严重,影响规则包缠的形成。第二代气流预捻器通过拱形进纱通道和出纱通道,明显地消除了第一代预加捻器中的假捻现象。但是,由于3D打印制造的缺点,导致气流喷嘴出现堵塞现象,影响预加捻器中气流运动的通畅性,使气流预捻腔体大大减弱。第三代气流预捻器在第二代气流预捻器的基础上,一方面进一步压缩了预加捻器的轴向尺寸,缩短纤维夹持隔距,另一方面缩短出纱凸台,增强气流作用的直接性。(3)不同结构参数对预加捻器内气流运动的探究通过单一尺寸参数的数值模拟对比实验,得出腔体锥度与喷嘴直径对腔体内气流运动的影响较大,而喷嘴轴向角和喷嘴径向角的影响较小。随着腔体锥度的增加,径向速度逐渐减小,切向速度逐渐增大。因而腔体锥度过大会使纤维头端的扩散不足,使气流的加捻效果下降。喷嘴孔径的增大能有效、直接地对腔体中的气流运动进行增强。喷嘴直径的增大,能提高腔体内气流的径向速度和切向速度,有利于纤维头端的扩散和加捻效果的实现。但喷嘴直径的增大同时也增加了耗气量,直接影响能耗。喷嘴切向角不能过大,避免气流直接冲击到纤维须条;轴向角也不能过大,防止预加捻器轴向尺寸的增加,影响前罗拉组和第四罗拉组之间的夹持隔距。