转杯纺纱是一种利用气流的自由端纺纱。虽然转杯纺纱在生产中已有应用,但转杯纱在生产中容易产生断头,且纱线强力低。为充分认识其机理,它涉及到的纤维—气流耦合问题需要进一步的研究。转杯纺纱器主要由分梳装置,纤维输送通道和转杯等关键部件组成。基于纤维输送的过程,本文主要围绕纤维在分梳辊、纤维输送通道、转杯内的运动特性展开研究。首先,建立二维分梳装置的模型,研究了分梳装置的内流场特性,并应用DPM模拟分梳装置的除杂过程,并重新设计了分梳装置的结构。然后使用浸没边界—格子Boltzmann法(IB-LBM)对纤维在纤维输送通道内的运动变形进行模拟。接着,建立转杯的三维模型探究转杯内纤维运动特性,探究了转杯转速和滑移面倾角对纤维运动的影响。最后,搭建实验台验证了部分数值模拟结果。本文研究形成的主要结论如下:1.分梳辊转速和出口处负压对轴线方向涡的长度几乎没有影响。纤维输送的有效区域随着分梳辊转速的增加而减小,随纤维输送通道出口负压绝对值的增大而增大。负压越大,越有利于纤维的输送。此外,不同分梳辊转速对不同粒径杂质颗粒的去除效果不同。2.初始是波浪形的纤维在输送的过程中会产生不同程度的变形。两根纤维间的距离越近,纤维变形越大。分梳纤维后应设法保证纤维之间的距离不能过小,如采取减小分梳辊的转速,增大纤维输送通道等方法,减小对纤维输送的不利因素。此外,两根纤维形态上整体表现出近似相同的形态。3.转杯高速旋转产生的较薄的速度边界将纤维瞬时加速,纤维碰撞到滑移面后会增加转杯轴承和转子本身的振动和磨损。凝聚槽内纤维的分布与转杯速度密切相关。在其他参数不变的情况下,转杯转速越高,纤维环越长越薄。滑移面倾角越大,滑移面上纤维的分布越集中。