圆盘式旋流纺纱输送管道结构的研究

摘要

圆盘式旋流纺纱是在利用喷射气流加工纱线的技术、并针对克服喷气纺纱方法所存在问题的基础上发明的一种新型纺纱方法。它以梳辊牵伸机构代替喷气纺纱中的罗拉牵伸机构，具有牵伸速度快、效率高，牵伸部件磨损小等优点。输送管道是圆盘式旋流纺纱机上连接牵伸机构和凝聚机构的关键部件，它利用空气的输运作用来实现纤维的输运、伸直和分离等功能，其结构会直接影响到纺纱过程对短纤维的控制程度，因而会对纱线质量产生重大影响。 本文通过数值解析手段对圆盘式旋流纺纱的关键部件——输送管道的结构进行研究。分析了圆盘式旋流纺纱线形态，讨论了圆盘式旋流纺纱存在的问题及其关键部件，对圆盘式旋流纺纱的输送管道结构进行了纺纱正交试验，得到了全体水平组合中关于条干不匀率、断裂强度、抗剥离性和的可能好的水平组合：进口长度a=30mm，底面长度b=43mm，出口长度c=24mm，出口宽度d=9mm，进口宽度e=22mm，底面和进口面的夹角α=30°，顶面和进口面的夹角β＝148°。建立了输送管道流场的控制方程和交错网格条件下经二阶迎风离散的三维有限体积法离散方程组，对比了用三角形/四面体网格和四边形/六面体网格两种单元划分输送管道流场的计算结果，分析结果表明，四边形/六面体网格单元划分方式适用于圆盘式旋流纺纱机的输送管道流场的数值模拟。对圆盘式旋流纺纱机输送管道建立了管道流场微分控制方程组，然后利用CFD技术对不同结构参数的输送管道(进口长度、出口长度、顶面和进口面的夹角、底面长度、输送管道的进口长度、出口长度及底面和进口面的央角等)流场的变化规律做了数值模拟和分析，以及误差试验和纺纱试验，阐明了圆盘式旋流纺纱机的输送管道结构参数的变化对管道内部流场的影响。在对圆盘式旋流纺纱机输送管道结构气流场的CFD数值模拟和纺纱实验的基础上，提出了一个新型的输送管道结构设计方案，并通过数值模拟、误差试验和纺纱试验进行了对比分析，证明了新的管道结构能有效提高圆盘式旋流纺纱机的纺纱质量。 研究结果将为圆盘式旋流纺纱的研究提供重要的理论与实验依据，对于改进圆盘式旋流纺纱的工艺性能、提高成纱质量具有积极的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2新型纺纱中的输送管道结构及其国内外研究进展

1.2.1新型纺纱中的输送管道结构的研究进展

1.2.2输送管道的流场理论在国内外研究的现状

1.2.3输送管道流场试验的国内外研究现状

1.3研究内容和方法

1.4小结

参考文献

第二章圆盘式旋流纺纱机及其关键部件

2.1圆盘式旋流纺纱的工艺流程

2.2圆盘式旋流纺纱机的组成

2.3圆盘式旋流纺纱机的特点

2.4圆盘式旋流纺的纱线形态

2.5圆盘式旋流纺纱存在的问题及其关键部件

2.6输送管道结构及其纺纱试验研究

2.6.1原料和方法

2.6.2测试方法

2.6.3试验结果

2.7小结

参考文献

第三章基于有限体积法的输送管道气流场数值计算

3.1输送管道气流场理论模型

3.1.输送管道的几何尺寸

3.1.2研究假设

3.1.3数学模型

3.2数值计算

3.2.1网格划分

3.2.2离散格式的要求和选择

3.2.3有限体积方程的建立

3.2.4 SIMPLE算法

3.3输送管道气流场的数值模拟方案

3.4小结

参考文献

第四章直道式输送管道的流场模拟与结构分析

4.1直道式输送管道的两种网格划分与流场模拟

4.1.1边界条件

4.1.2网格划分与流场模拟

4.1.3结果与讨论

4.2直道式输送管道的结构参数对流场的影响模拟与实验

4.2.1输送管道的出口宽度

4.2.2输送管道的进口长度

4.2.3输送管道顶面与进口面的夹角

4.2.4输送管道的底面长度

4.2.5输送管道底面与进口面的夹角

4.2.6输送管道的进口宽度

4.2.7输送管道的出口长度

4.3小结

参考文献

第五章输送管道结构的改进设计

5.1圆盘式旋流纺纱机输送管道的设计思路

5.2直道式输送管道的CFD计算

5.2.1直道式输送管道的几何形状及网格划分

5.2.2数值计算及结果分析

5.2.3数值结果的误差分析

5.3新形状输送管道的设计

5.4单弯式输送管道内流场的数值解析

5.5直道式输送管道和单弯式输送管道的成纱质量的比较

5.6装有单弯式输送管道的圆盘式旋流纺纱机的工艺性能

5.6.1原料和方法

5.6.2旋流加捻器的工艺性能

5.6.3梳辊的工艺性能

5.6.4喂棉辊的工艺性能

5.7小结

参考文献

第六章结论

论文创新点

致谢

附录：作者在攻读博士学位期间发表的论文