圆盘式旋流纺输送管道流场与成纱质量的关系.pdf
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1、第2 7 卷第1 2 期 2 0 0 6 年1 2 月 纺织学报 J o u m a lo f r e x m eR e a r c h V 0 1 2 7N o 。1 2 D e c 2 0 0 6 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 1 2 0 0 4 8 0 4 圆盘式旋流纺输送管道流场与成纱质量的关系 顾闻彦,庄建国,葛明桥 ( 江南大学生态纺织科学与技术教育部重点实验室。江苏无锡2 1 4 1 2 2 ) 摘要输送管道是圆盘式旋流纺设备的重要构件之一,具有输送,伸直、分离纤维的作用。设计了5 种输送管 道。用数值模拟的方法分析了输送管道内的流场分布,以及
2、输送管道的流场分布与成纱质量的关系,并通过纺纱实 验进行了验证。实验结果表明,通过适当减小输送管道底面和水平面的夹角,选择合适的输送管道的出口面积和 进口面积比,可以改善管道中的气流分布,提高成纱质量。 关键词圆盘式旋流纺;输送管道;流场;成纱质量 中图分类号:髑1 0 3 1 2 7 文献标识码:A R e l a t i o n sb e t w e e nn o wn e l di nf i b e rc o n V e y o ra n dy a r nq u a U t i e s o fd i s cs 、v i r ls p i n I I i n g G UW e n - y
3、a I l ,Z H U A N GJ i a n g I l o ,G EM i n g - q i a o Ll 磅k b o m 0 r y 西S c 诂n c ea 越乳曲l o 影西E c o 乳x c 融M i 池打了E a m i o r t - s o 眦k m 玩,皤船踟觇倦渺,f ,肠,咿扎 2 1 4 1 2 2 ,C 舫m ) A b s t m c t1 h ef i b e rc o n v e y o ri sak e yc o m p o n e n to ft h ed i s cs w i ds p i n n i n gf h m e nc a I lc
4、o n v e y ,u n 耐n d , a n ds e p a r 砒ef i b e I _ s F i v ek i n d so ff i b e rc o n v e y o r sw e r ed e s i g 皿e d , a n dd i s t r i b u t i o n so fn o wf i e l di nt h ef i b e r c o n v e y o r sw e r ea n a l y z e db yn l e a n so fn u m e r i c a ls i r m l l a t i o n ,t h er e l a t i
5、o n sb e t w e e nt h ed i s t r i b u t i o n so fn o wf i e l d i nf i b e rc o n v e y o r sa n dy 锄q u a l i t i e sw e r ei n v e s t i g a t e d S p i n n i n gt e s t sw e r ea l s or n a d et oV a l i d a t et h er e s u l t s I t i sp r o v e dt h a ty 锄q u a l i t i e sc a nb ei m p r o v
6、e db yr e d u c i n gt h ei n c l u d e da n d eb e t w e e nb o t t o ms u 以c ea I l dl e v e l , o rb yc h o o s i n gaf i tr a t i oo f 0 u t l e ta r e at oi I l l e ta r e a ,s i n c et h ed i s t 曲u t i o no ff l o wn e l di n 舫e rc o n v e y o ri s m o d i f i e di nt h i sw a y K e yw o r d
7、s d i s cs w i ds p i n n i n g ;f i b e rc o n V e y o r ;n o wf i e l d ;y 唧q u a l i t i e s 圆盘式旋流纺纱是利用喷射气流加工纤维技 术2 】,在克服喷气纺纱法存在问题的基础上发明的 一种新型纺纱方法叫。输送管道是圆盘式旋流纺 纱设备的重要部件之一,具有输送、伸直、分离纤维 的作用。正确认识输送管道的内部流场分布规律, 研究其与成纱质量间的关系:对输送管道的结构设 计具有积极的意义。 长期以来,纺纱机械的设计和性能的研究较多 采用经验、理论分析与现场测试相结合的方法,但这 种方法存在费时、成本高或
8、假设多等缺点。近年来, 计算机技术和数值模拟理论的发展给输送管道流场 的模拟带来了可能。本文利用数值模拟方法,对圆 盘式旋流纺纱输送管道内的流场进行了研究,以阐 明输送管道的流场分布与成纱质量的关系。 1 输送管道 输送管道如图l 所示,是安装在牵伸机构和凝 聚机构之间的连接部件。与牵伸机构相连的截面 A B C D 称为纤维进口面( 以下简称进口面) ,与凝聚 机构相连的截面以B 7 C 7 D 7 称为纤维出口面( 以下简 称出口面) ,肋7 C C 称为输送管道的底面。输送管 收稿日期:2 0 0 6 0 5 2 0修回日期:2 0 0 6 0 6 2 3 基金项目:国家教育部科学技术研
9、究重点项目( 教技司【2 0 0 3 5 8 号一0 3 0 8 4 ) 作者简介:顾闻彦( 1 9 7 7 一) 。女,助理工程师,博士生。主要研究领域为新型纺纱技术。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期顾闻彦等:圆盘式旋流纺输送管道流场与成纱质量的关系【4 9 】 道在纺纱过程中起着输送纤维、分离纤维和平行顺 直纤维的作用。若要产生使纤维伸直的力,就必须 使管道内流体沿流动方向的速度梯度为正值,即截 面逐渐收缩】,本试验采用渐缩式输送
10、管道。由于 牵伸机构的端面以及凝聚机构接口处的特定形状, 输送管道的进口面和出口面均采用矩形,该形状在 纺纱过程中具有一定的可行性o 4 】。本文定义输送 管道的特征参数为和= I 。其中,垂表示输送管道 底面和水平面的夹角;A = S :,S ,表示输送管道沿长 度方向的面积收缩比,S 。表示输送管道的进口面面 积,S :表示输送管道的出口面面积。 D 图1 输送管道的示意图 为研究A 和西对管道内流场分布的影响,本文 设计了5 种输送管道,其几何参数如表1 所示。 表1 输送管道的几何参数 2 数值模型 对输送管道内的流场进行数值计算时,其内部 流场可认为是稳定的不可压缩流场,连续性方程为
11、 些:o ;动量方程为: P 鲁= 一器+ 杀誊+ 器一号氏器) 】+ 蠹( 一Dn :蟛) 。 式中:毗为流体的速度张量;p 为压力张量;f 为时 间( s ) ;I D 为密度( k m 3 ) ;产为动力黏性系数;二阶张 她= 脒芬 为使该方程组封闭,以标准压e 湍流模型作为 补充,湍动能j 方程为 P 警= 击+ 瓮) 差】“一芦 耗散率e 方程为 o 蔷= 杀 ( 产+ 等) 差】+ c h G c :。P 譬 式中:G 。为由于平均速度梯度引起的湍动能后的产 生项;湍流黏性系数P 。:l D c 。冬;常数c 。= 1 4 4 ; C 2 。= 1 9 2 ;e = 0 0 9 ;
12、湍动能普朗特数吼= 1 0 ;湍 流耗散率的普朗特数c r l = 1 3 。 3 数值模拟结果和试验分析 3 1 边界条件 边界条件:1 ) 假设管道出口处为均匀流;2 ) 气体 在管道进口、出口的压力参数如表2 所示( 均为实测 数值) ;3 ) 壁面处满足元滑移条件。 表2 管道进口和出口的压力参数、 P a 采用标准壁面函数对管道的壁面进行处理,根 据平均速度壁面法则,有: u 。= l n ( 研。) llll 式中:u ;坐掣,) ,- 誊如,| 是v 。n z - 7 PP K a n n a n 常数,E 是试验常数;以是P 点的流体平均 速度;l | ,是P 点的湍动能;y
13、,是P 点到壁面的距离。 3 2 管道内气流速度矢量图 本文用有限体积法进行数值求解。对控制体积 和时间域分别采用一阶迎风格式离散和隐式算法求 解。压力修正采用S I M 眦C 算法( s e I I l i i m p I i c i t m e t l l o df o rp r e s s u r e l i n k e de q u a t i o n sc o n s i s t e n t ) 引。通 过计算,得到如图2 所示的管道内气流速度矢量图。 从图中可以看出,输送管道内的气流速度有2 部分: 一部分是主流场,其气流顺着管道的入口向出口方 万方数据 PDF Watermark
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