主喷嘴内气流—纱线两相耦合特性的数值计算及实验研究

摘要

喷气织机的引纬系统是整个喷气织机的核心组成部分。气流引纬是进入主喷嘴内部的高压超音速的气流将纬纱从静止加速到一定的速度飞出导纱管，最终由接力喷嘴维持纬线的运动至异型筘槽末端的过程。主喷嘴中高速气流的流动特性、纱线与气流之间的相互作用力以及纱线在主喷嘴内的运动特性对引纬效率、织物质量起着重要作用。
　　本文以引纬系统中的主喷嘴作为研究对象，采用数值模拟研究与实验分析相结合的方法对主喷嘴内部气流场特性，纱线在主喷嘴内的运动特性进行了研究和分析。首先通过对主喷嘴内部气流场特性进行了数值模拟，分析了不同气压对主喷嘴内部流场特性的影响；然后数值模拟了不同压力以及不同约束条件下的纱线在主喷嘴内气流场中的运动特性；最后进行实验验证，对三种压力条件以及不同约束条件下的纱线的运动特性进行分析，与数值模拟结果进行对比，得到如下结论：
　　1.主喷嘴内部气流最大速度集中在喉部附近，最大速度能达到超音速。在主喷嘴高低速气流混合区域出现回流现象，此时气流轴线速度最小，气压近真空。湍动能随着入口压力的增加而增加，在z=45 mm处变化最剧烈。壁面速度附面层随输入气压增大而增大，而壁面速度附面层会导致导纱管内气流壅塞。
　　2.采用有限元方法可以数值模拟气流-纱线两相耦合特性，纱线在气流中会发生弯曲变形，并且径向波动位移呈现有规律的周期性三角函数形式。
　　3.在一端固定情况下，纱线在接触导纱管壁面以及弯曲的时候，所受到的主应力较大，并且随着气压的增加所受到的主应力不断增加。随着压力的增加自由端波动频率越来越快，波动的幅值反而越来越小。
　　4.在两端自由情况下，纱线主应力随着气压的增加而减小，轴向速度随着气压的增加而增加，波动减少。波动最剧烈的部位集中在纱线的尾端和头端。
　　综上所述，本文从细观上论证了纱线在喷气织机主喷嘴内部流场中的耦合运动特性，对下一步改进喷气引纬系统提供一定的理论参考。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容和目的

第二章 主喷嘴流场的数值计算

2.1 主喷嘴内气流场理论模型

2.2 主喷嘴几何模型构造及边界条件设置

2.3 数值模拟结果与分析

2.4 本章小结

第三章 纱线与喷嘴气流耦合数值模拟

3.1 纱线/气流耦合动力学模型

3.2 几何模型与边界条件

3.3 材料参数与网格离散

3.4 数值模拟结果与分析

3.5 本章小结

第四章 纱线运动特性的实验研究

4.1实验平台搭建

4.2实验方案设计

4.3不同约束条件下纱线运动分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果