气动技术作为一种将微观尺度长丝装配成介观尺度纱线的重要制造方法,已经被广泛应用于纺织织造领域。其中气动捻接是将由多根长丝组成的两个分离的纱线组合成无结纱线的技术。研究气动捻接对于改善纱线外观、增强纱线内在性能都有着重要意义。为了理解纱线捻接过程中复杂的动力学行为,本文首先基于单向流固耦合算法提出了-种适用于模拟多纤维丝捻接行为的数值模型。在该模型中,通过realizablek-ε湍流模型来描述捻接腔内三维可压缩粘性气体的流动。柔性纤维丝则被离散成连续弹性杆单元组成的数字链。通过反距离加权插值算法来提取柔性纤维模型单元节点处的气流速度,并通过白金汉Π定理总结出的方程将其转化为气动力施加在柔性纤维模型每个节点上,最终采用显式动力学算法对承受诸如接触力和气动力在内的外力作用的纤维丝进行位移、形变的计算。与此同时,也设计了一个包含PCO.1200hs高速摄像机、透明捻接腔体、空气调压阀、过滤器、空气压缩机和冷光源的可视化实验平台,用以记录柔性纤维丝在捻接过程中的运动行为。然后根据实际试验样本,分别对数值模型中的轴向气流阻力系数Cl和法向气流阻力系数Cn进行了测量。在此阶段,首先以单根棉纱线为对象结合实验测量数据(气流阻力、纱线长度)以及仿真模拟数据(气流速度、密度),通过气动力方程反算出不同情况下阻力系数的值并对其进行曲线拟合,进而分析得到阻力系数的变化关系式。接着将此关系式引入数值模型中进行单根棉纱线的运动模拟,得到的运动仿真结果与高速相机序列照片形成相互印证。在此基础之上,结合数值模型提取出的三维运动路径图对单根棉纱线在捻接腔体中的运动状态进行了深入分析并将棉纱线替换为本次捻接实验所采用的涤纶拉伸变形丝进行研究,得到相应的阻力系数关系式和相似的纱线运动状态。最后通过数值模拟与可视化实验相结合的方式来分析气动捻接过程中接头的成型机理。可以发现纤维丝在同侧、异侧旋转通道中表现出不同的运动特性:位于同侧旋转通道中的纤维长丝部分会受冲击气流作用而发生弯曲并因此产生回撤现象,这将导致两股纱线的分离。与此同时,位于异侧旋转通道内的纤维长丝正尝试着缠绕上相反方向的纱线以此产生接触摩擦力。正是施加在同侧纤维丝上的分离力以及异侧纤维丝缠绕形成的接触摩擦力之间构成的竞争关系决定了捻接接头是否能够最终顺利形成。此外,叠合长度(OL)作为捻接过程中一个重要的配置参数,被发现对异侧纤维丝的运动有着更明显的影响,更长的异侧纤维丝长能够保证纱线在旋转通道中停留更久的时间,这将有助于复杂缠绕的形成并产生较强的接触力。