喷气织机引纬射流—纬纱纤维束耦合特性研究

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喷气织机由于高效率、幅度宽及品种适应性强等优点,是最具发展前景的无梭织机,其引纬系统由主喷嘴、多组辅助喷嘴加异形筘组成,使用多个喷嘴接力引纬会消耗大量的空气,并且纬纱受到多个喷嘴射流摩擦力作用产生形变而断裂。主、辅喷嘴射流合成气流特性直接影响引纬速度、织机能耗及可靠性。因此,本课题以喷气引纬系统为对象,旨在采用理论分析、数值模拟及实验方法,研究引纬合成流场的特性及气流-纬纱两相耦合动力学行为,揭示了影响异形筘道内合成气流特性及纬纱的运动规律的敏感因素,取得了以下的研究进展:(1)基于计算流体动力学(CFD)结合实验方法,采用雷诺时均方程对单圆孔、正三角形孔和星形孔三种不同的辅助喷嘴射流汇入异型筘内的合成流场进行数值仿真,并设计引纬合成流场综合实验系统验证了数值结果的正确性,分析了辅助喷嘴入口供气压力、出口形状、尺寸及间距等参数对异形筘道内合成流场分布的影响,结果表明:当辅助喷嘴为星形孔时,合成气流沿中心轴线平均速度最高。(2)基于弹性理论构建柔性纱线的本构方程,建立气流-纬纱单相耦合的动力学模型,数值模拟得到了纱线在异形筘槽内的运动稳定性,讨论了辅助喷嘴出口形状、尺寸及供气压力对柔性纬纱头端波动的影响规律,结果表明:当辅助喷嘴为星型孔时,纬纱运动平稳性最好。(3)异形筘槽内气流-纬纱双相耦合数值模拟与高速摄影纬纱运动实验,采用拉格朗日-欧拉法,建立了气流-纬纱双相耦合控制方程,得到纱线在异形筘槽内运动稳定性,通过高速摄影系统捕捉的图像验证仿真结果的正确性,结果表明:辅助喷嘴为星型孔时,引纬稳定性最好。课题对喷气引纬动态过程进行了深入研究,详细讨论了辅助喷嘴供气压力、几何形状及尺寸等参数对异形筘内合成流场分布及纬纱运动稳定性的影响,结果表明:辅助喷嘴为星型孔,辅助喷嘴间距为70mm,供气压力为0.4MPa,尺寸较大时,引纬速度较高并且纬纱运动稳定性最好。本课题的研究成果,可为优化设计辅助喷嘴解决断纬、耗气量大等问题提供数据支持,缩短研究周期,具有重要的经济价值。
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