集聚纺集聚区气流流动规律及集聚效果的数值研究

为探讨网格圈式集聚纺集聚区气流流动规律及气流对须条的集聚效果,建立计算流体动力学(CFD)模型,对集聚纺集聚区的气流流动进行了三维数值研究,并根据计算结果就气流对须条进行集聚的机理、几个重要的结构参数及工艺参数(如吸风槽倾角、吸风槽形状、吸风槽宽度及集聚负压)对集聚效果的影响进行了分析.研究结果表明:集聚区的气流静压值低于外界的大气压力,集聚区外围越靠近吸风槽,压力越小,气流速度越高.由于内外压力差和速度差的存在,从前罗拉钳口输出的纤维须条向吸风槽汇聚,宽度逐渐变窄.吸风槽倾角为10°时有利于集聚效果的提高;弧线型和折线型吸风槽的集聚效果优于直线型吸风槽;集聚负压在一定范围内的变化对集聚效果的影响不明显;增大吸风槽宽度有利于气流对须条的集聚.     

气流槽聚型集聚纺纱系统集聚过程及机理分析

为了探讨气流槽聚型集聚纺纱系统的集聚过程和机理,首先分析了集聚过程的气流流动状况,然后利用Matlab模拟了须条在集聚气流场中的运动轨迹,并分析了气流对须条的集聚效果.研究结果表明:须条进入凹槽入口前,只受气流集聚作用,当进入凹槽后,受到气流集聚及凹槽形状集聚共同作用;气流对须条边缘纤维具有集聚作用,吸气负压大小影响气流对须条边缘纤维的集聚宽度;不同厚度须条的纤维受气流作用位置发生变化,在须条截面内发生内外转移现象.     

气流槽聚型紧密纺纱系统集聚区长度设计

在研究气流槽聚型紧密纺纱系统前牵伸罗拉、前牵伸皮辊和槽型集聚罗拉对集聚区长度影响的同时,首次利用几何-概率方法表述握持须条钳口截面上一侧伸出的纤维丛长度分布,并通过实验分析得到集聚区长度的计算方法.结果表明:在气流槽聚型紧密纺纱系统中,集聚区长度受前牵伸罗拉半径的影响最大,其随着前牵伸罗拉半径的增大而增大.同时,为保证正常纺纱,避免须条在集聚区断裂造成断头,集聚区长度范围应为伸出钳口纤维累计概率为75%~100%时所对应的长度,纺棉时集聚区长度应该在20.8~38mm之间.     

气流槽聚型集聚纺纱系统三维流场的数值研究

采用三维计算流体动力(3D CFD)技术建立了气流槽聚型集聚纺纱系统集聚区域的计算流体动力学模型,应用软件Fluent 6.3对集聚区域内流场进行了并行计算,表征了集聚区域流场的流动情况,解析了集聚区域内流场的静压分布及速度分布规律.研究结果表明气流槽聚型集聚系统的集聚原理由气流集聚与形状集聚组成;接近凹槽底部时静压及气流速度的波动幅度较大,其波动次数等于集聚区圆孔的数目;气流的X轴向分量对须条进行集聚,Y轴向分量利于须条滑入凹槽底部,从而对须条进行形状集聚.     

集聚纺集聚区须条等截面部分的力学分析

通过对集聚区内须条的集聚过程分析，建立须条的受力模型，发现须条在集聚过程中会产生附加捻度，并且对影响须条附加捻度的各种因素：异型管开槽长度、负压大小、须条和网格套圈间的摩擦因数以及异型管的曲率半径进行了分析。设计相关实验对集聚区内须条的力学模型进行了验证。结果表明所建立的集聚区内须条的力学模型是正确的。     

网格圈负压式集聚纺集聚须条附加捻度传递长度研究

研究网格圈负压式集聚纺集聚区须条的捻回传递,提出了直线形集聚斜槽集聚区须条附加捻度传递的概念.通过力学分析,建立了集聚区附加捻度传递长度的微分方程组模型,并得到模型的解析解.通过对纺制15.3 tex纯棉集聚纱的模拟计算,得知集聚须条半径、集聚须条与网格圈之间的摩擦因数、集聚斜槽倾角、集聚负压等因素对须条附加捻度传递长度的影响较为显著,并得到其附加捻度传递长度一般在10～22 mm,研究结论为直线形集聚槽槽长的设计提供理论指导.     

网眼罗拉型集聚纺集聚区须条集聚机理分析

为深入研究网眼罗拉型集聚纺系统中纤维须条在流场作用下的运动规律,建立了集聚区域的计算流体动力学(CFD)模型,并运用Fluent软件对该区域的流场进行数值计算,然后建立了纤维微元在气流场中的动力学模型,利用自编的Matlab程序对其进行求解,最后获得了纤维在集聚区的运动轨迹.研究结果表明不同初始位置的纤维运动轨迹能够反映须条的集聚规律;气流的横向作用力能够使须条在集聚方向上发生集聚;上层纤维较网眼罗拉表面的纤维集聚速度快;y轴向气流力使须条贴伏在网眼罗拉表面.     

网格圈负压式集聚纺集聚须条张力模型

通过对网格圈负压式集聚纺集聚须条进行几何建模、力学分析和运动学分析,建立了集聚须条的张力模型.该模型可以用来研究集聚须条张力分布,以及分析影响因素.通过求解张力模型的解析解,可知须条张力在集聚区内沿前进方向呈线性增长.通过对线密度为15.3tex的纯棉集聚纱进行模拟计算可知,须条与网格圈的摩擦因数、集聚斜槽倾角、集聚负压、集聚须条半径以及集聚管形状对须条张力的影响较为明显,并且在一定条件下得到的须条张力值在0.03~0.12cN之间.研究结果为集聚纺集聚须条的张力分析提供了方法和借鉴,并为集聚区须条单纤维的运动轨迹分析提供了理论依据.     

气流槽聚型长纤维紧密集聚纺纱系统流场模拟与分析

采用SolidWorks软件建立气流槽聚型长纤维紧密集聚纺纱系统集聚区的流场计算模型,然后运用Gambit软件进行网格划分,最后应用Fluent软件对集聚区进行流场模拟和数值计算,得出流场的静压和速度分布规律.研究结果表明:纤维束的干扰或阻挡使凹槽内部的流场速度等高线和压强等高线被分割;x,y和z轴向速度的变化规律各异,且共同完成对纤维束的气流集聚作用;气流负压值不宜过大,避免纤维束被过早吸附造成缠绕影响集聚效果.     

两种气流槽聚式集聚纺纱集聚区气流场的数值模拟

利用计算流体动力学(CFD)技术模拟金属槽聚和胶圈槽聚集聚纺纱系统的流场,解析集聚区流场的速度矢量和静压分布,比较两种气流槽聚方式集聚纺的特点.研究结果表明:相对于金属槽聚式集聚纺,胶圈槽聚式集聚纺在前罗拉与槽聚罗拉处的气流速度最大值更大,凹槽小孔表面的静压波动更小,这使得输出纱条更稳定,更利于减小加捻三角区,从而使纱条毛羽更少;负压源笛管有利于断头后多余须条的清理,其安装位置稍靠近槽聚罗拉最后一个吸风小孔则清理效果更佳.     

具有周向贯通槽的螺旋槽干气密封的数值模拟

为研究具有周向贯通槽的螺旋槽干气密封的工作机理,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封模型上加开周向贯通槽的端面流场进行了数值模拟分析,同时对比分析了运动参数对单开螺旋槽和加开周向贯通槽两者的影响。结果表明:加开周向贯通槽的螺旋槽干气密封具有更小的泄漏量,较大的开启力,端面压力周向分布均匀,对动、静环端面稳定地非接触运行起到重要的作用,保证了密封工作的稳定性。经数值模拟分析,周向贯通槽槽形几何参数最佳取值范围槽宽为2.0～3.0μm,深度为2.0～4.0μm。     

Numerical Computation in Airflow Field of Compact Spinning with Pneumatic Groove

In compact spinning with pneumatic groove,the computational fluid dynamic model,computed with parallel technologies Fluent 6.3,is developed to simulate the flow field in condensing zone with 3D computational fluid dynamic (CFD) technology.Flowing state,distribution rules of static pressure,and velocity in condensing zone are characterized and analyzed.The results show that the fiber bundle in compact spinning with pneumatic groove is compacted by airflow and the shape of the pneumatic groove,and the static pressure in condensing zone is negative,as well as the velocity of airflow in condensing zone is not zero.The fluctuation frequencies of the static pressure and velocity near the bottom of the pneumatic groove are relatively higher,and the number of the fluctuation is equal to that of the round holes in condensing zone.     

圆孔锯锯片的模态分析

以圆孔锯锯片为研究对象,利用ANSYS有限元软件,建立圆孔锯锯片的有限元计算模型,对不同消音槽圆孔锯锯片进行模态分析,得到锯片前20阶固有频率与模态,分析了圆孔锯锯片振动特点;为圆孔锯锯片的动态优化设计提供理论依据。计算结果表明,消音槽对锯片的固有频率与模态影响较大。底盘带流线型消音槽圆孔锯锯片能撕裂节直径振动模态,减振降噪效果好。为圆孔锯锯片减振降噪提供了理论依据。     

螺旋槽结构参数对机械密封性能的影响分析

本文以螺旋槽端面流体动压机械密封为研究对象,采用CFD模型,对螺旋槽机械密封进行了数值建模和密封性能分析。在不考虑温度变化的情况下,通过改变所给边界条件中的结构参数,对比分析了不同参数对螺旋槽机械密封性能的影响,得到了槽数、螺旋角、槽深、槽坝比和槽区堰区宽度比随开启力、最大总压力及泄漏量的变化规律。     

棒状柱塞结构优化模拟

柱塞气举是页岩气压裂液返排的关键技术之一。为了进一步提高棒状柱塞举液密封效果，利用Fluent软件建立单一流道的二维几何模型，采用湍流模型模拟棒状柱塞运行时凹形槽内流场情况，优选槽型（正直角梯形、等腰梯形、反等腰梯形、反直角梯形和矩形），对比分析不同槽深和槽宽时的流场情况，并开展优化后棒状柱塞与常用衬垫式柱塞对比物理模拟实验。结果表明，柱塞运行时在凹槽中心有一个低速区，在该低速区会不断产生干扰流体正常流动的涡流，从而使整体流速降低以达到密封的效果；在对比槽型中，正直角梯形槽的密封效果最好；现场常用参数范围内，随槽宽、槽深增大，密封效果变强（槽宽20 mm、槽深6 mm时最优），且槽宽对柱塞密封性的影响大于槽深。物理模拟实验证实，相同条件下优化后的棒状柱塞在小气量情况下举液效果优于常用衬垫式柱塞。本研究结合CFD建立了可靠物理模型，且优化后棒状柱塞举液效果较好，对现场实际应用有指导作用。     

高压涡轮叶尖压力侧开槽对气动换热特性的影响

带凹槽涡轮叶尖相比平叶尖会有更低的气动损失,然而在腔底的前半部分区域存在着高换热系数区。为了解决这一问题,通过研究凹槽叶尖压力侧设计槽结构对涡轮气热性能的影响,结合实验和数值模拟结果,结果表明具有压力侧槽结构的凹槽叶尖相比于没有槽结构的凹槽叶尖,高换热区面积减小,气动效率提升。同时,研究不同大小的槽对气热性能影响,结果表明通过槽进入腔内的气流量会大幅影响叶顶间隙和腔内的流场,叶尖区域换热及气动性能随着槽的大小的改变而不同。     

车用旋转密封件动压槽型线优化研究

分析了三次样条插值函数作为车用旋转密封件不同槽型曲线通用描述函数的可行性,研究了槽型曲线通用函数参数的确定方法,并利用贴体坐标变化,将物理域中任意不规则槽型转换为计算域中规则的扇形槽型,实现了对不规则槽型润滑模型的统一求解.在此基础上,以最大油膜承载力为目标,建立了旋转密封件的槽型优化模型,并采用试验设计法完成了多变量优化问题的求解;最后,比较分析了优化槽型、螺旋槽和直线槽的油膜承载力和压力分布特性.研究表明:三次样条插值函数可作为旋转密封件动压槽型的通用描述函数;型线中部具有凸峰的优化槽型,比螺旋槽和直线槽具有更大的油膜承载力.      

消像差光栅的波像差分析

波像差方法是M.Chrisp在研究超环面光栅的像差分析时提出的,采用像散面作为参考波阵面,发展了多元件系统波像差理论,是目前为止可以用来研究多元件系统像差分析的很好方法.在Chrisp波像差理论基础上,推导出二次曲面面型的变线距光栅的波像差表达式,讨论光栅面型和刻槽分布对成像特性的影响,最后介绍波像差方法在光学系统设计中的应用.