纤维在输纤通道气流场中运动的模拟

为深入探讨纤维在转杯纺纱通道尤其是输纤通道气流场中的运动形态,采用数值模拟的方法获得转杯纺纱通道内的气流流动特征,在此基础上建立了单纤维在气流场中的动力学方程,并讨论了伸直纤维和不同弯钩度的前弯钩纤维在输纤通道内的运动形态。模拟结果表明:输纤通道入口处存在气流漩涡;输纤通道横截面上的气流速度分布不均匀,通道中心比壁面附近的气流速度高,纵向方向的气流速度则不断增大;输纤通道内的纤维倾向于沿着气流速度较高的通道中心运动;纵向加速气流有利于保持伸直纤维的形态和伸直弯钩纤维;伸直弯钩的耗时随着弯钩度的增大而增大,而增大通道内的气流速度有利于缩短弯钩伸直的耗时。

纤维在转杯和输纤通道中的运动模拟

为了研究纤维在转杯和输纤通道中的运动,文章在SolidWorks 2018中建立抽气式转杯纺纱通道的物理模型,采用Fluent 19.0与EDEM 2018耦合模拟纤维的运动,探究了纤维长度为1 mm时在输纤通道和转杯中的运动数值分布,模拟了长度为16 mm时纤维在输纤通道中的运动状态。结果表明:当转杯转速为50000 r/min时,纤维在转杯内的速度分布为85.9~89.6 m/s,纤维转动动能分布为2.65×10^(-9)~3.04×10^(-9) J,纤维的受力分布为1.17×10^(-3)~1.22×10^(-3) N,纤维的能量分布为9.67×10^(-6)~1.05×10^(-5) J;输纤通道中的气流场存在压强梯度和速度梯度,纤维在输纤通道中的最大速度在出口处,且在输纤通道中同一时刻气流的速度始终大于纤维的速度,有利于纤维的伸直和输送。在输纤通道与转杯滑移面交接处纤维由于冲击导致的动能向弹性势能转变,速度较低,不利于及时向转杯凝聚槽中输送纤维,容易在转杯滑移面处发生堆积,因此需合理设计该处的几何尺寸,从而为生产实践和机构设计提供了理论依据。

转杯纺旁路通道设计对成纱质量的影响

为减小或消除在输纤通道入口处产生的气流漩涡以降低其对纤维形态产生的不良影响,通过在输纤通道长轴一侧设置旁路通道向输纤通道补气,并采用数值模拟方法研究设置有旁路通道的气流场分布,结合纺纱试验和纤维形态测试,研究该旁路通道对改善气流场分布及转杯成纱性能的效果。结果表明:采用旁路通道进行补气可消除输纤通道入口处的气流漩涡,提高纤维剥取区的气流速度,从而提高纤维剥离牵伸倍数;设置有旁路通道的转杯纺纱器对提高成纱断裂强度具有良好的作用,对降低凝聚槽中弯钩纤维的数量有一定的效果,说明消除气流漩涡和提高纤维剥离牵伸倍数有助于纤维形态的改善,从而提高成纱断裂强度。