喷气织机引纬流场的数值与实验研究及主喷嘴结构优化

摘要

主喷嘴及辅助喷嘴是气流引纬系统的关键部件，目前对于主喷嘴的研究仅限于单纯的流场数值模拟及实验测试，并未对其结构和工艺参数进行系统优化，主、辅喷嘴结合异形筘及梭口三角形的引纬流场数值模拟鲜有研究。
　　 本文以ZAX型喷气织机主喷嘴为研究对象，运用数值模拟揭示了主喷嘴内外流场特性，为验证数值模拟的准确性，搭建了气流测试平台，采用毕托管结合差压变送器的压力-速度法，测量了主喷嘴外流场的气流压力及速度，通过对实测数据与数值计算的分析、比较，证明了采用数值模拟方法优化主喷嘴结构及引纬工艺参数的准确性与可靠性。
　　 其次，根据一维定常绝热摩擦管流理论及气体状态方程，推导了纬纱在导纱管内所受静态牵引力计算公式，通过数值积分计算出不同供气压力下纬纱在主喷嘴内受到的牵引力，以此衡量主喷嘴喷射性能的优劣。然后选取喷嘴芯和导纱管结构参数为研究对象，结合数值模拟及正交试验法，优化了整流槽数、喷嘴芯出口处外径、整流槽至喷嘴芯出口的距离、α面投影长度，导纱管孔径等参数。
　　 对主、辅喷嘴的合成流场进行数值模拟，结果表明辅喷射流对主喷嘴内流场影响不大，其轴线气流速度基本不变，而在主辅射流交汇处，辅喷射流对主喷射流产生一定碰撞，造成后者流速降低，压力产生微小波动，且射流中心将偏向筘槽中央内侧，随后由于辅喷射流的补充，筘槽内气流衰减变缓，形成稳定的合成引纬流场。
　　 在上述数值模拟的基础上优化辅喷供气压力、喷向角及主一间距等引纬工艺参数，结果表明辅喷供气压力及主一间距对合成流场的影响较大，而喷向角影响较小，这是由于第一个辅助喷嘴离主喷嘴较近，对主喷射流的影响有限。随着辅喷供气压力的增大，筘槽内射流中心区速度越大，分布越宽，但同时能耗亦增大。
　　 本文通过数值模拟及实验测试等方法，得到了一系列与供气压力相适应的主喷嘴结构参数，并对辅助喷嘴的引纬工艺参数进行了优化，对主喷嘴的设计制造及喷气织机节气省能具有一定的指导意义。

目录

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 织机发展概况

1.1.2 喷气织机发展概况

1.1.3 国外喷气织机发展现状

1.1.4 国内喷气织机发展现状

1.2 喷气织机引纬系统简介

1.2.1 喷气织机纬向系统组成

1.2.2 喷气织机主喷嘴的结构

1.2.3 喷气织机主喷嘴的作用

1.2.4 喷气织机主喷嘴研究现状

1.3 本文研究目的和主要内容

第二章 流场控制方程及数值模型的建立

2.1 喷射引纬气流的特性

2.1.1 空气的压缩性和膨胀性

2.1.2 空气流动的粘滞性

2.1.3 空气的层流与紊流特性

2.2 引纬流场的数学模型

2.2.1 气体动力学基本控制方程

2.2.2 湍流控制方程及计算模型

2.3 数值模拟的软件环境

2.4 引纬流场的几何模型

2.4.1 主喷嘴引纬流场模型

2.4.2 主辅喷嘴合成引纬流场模型

2.5 引纬流场的网格划分

2.6 计算模型及边界条件设置

2.7 本章小结

第三章 主喷嘴流场数值模拟及实验分析

3.1 主喷嘴内外流场特性分析

3.1.1 主喷嘴轴向气流速度及静压分布

3.1.2 主喷嘴导纱管径向气流速度分布

3.2 主喷嘴射流特性实验分析

3.2.1 气流测量系统设计

3.2.2 实验结果与数值模拟的对比分析

3.3 本章小结

第四章 主喷嘴结构参数优化设计

4.1 主喷嘴设计目标及评价准则

4.1.1 主喷嘴设计目标

4.1.2 主喷嘴性能评价准则

4.2 影响主喷嘴流场特性的结构参数分析

4.3 主喷嘴结构参数的正交试验设计

4.3.1 正交试验设计法简介

4.3.2 数值模拟方案及考察指标的确定

4.3.3 数值模拟结果与分析

4.4 本章小结

第五章 合成流场数值模拟及引纬工艺优化

5.1 主辅喷嘴合成流场的数值模拟及分析

5.1.1 主辅喷嘴合成流场几何模型

5.1.2 主辅喷嘴合成流场网格模型

5.1.3 数值模拟结果及分析

5.2 主辅喷嘴合成流场的引纬工艺参数优化

5.2.1 主喷嘴供气压力为0.3MPa

5.2.2 主喷嘴供气压力为0.4MPa

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 本文创新点

6.3 进一步工作的建议

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢