喷气涡流纺喷嘴中纤维运动的数值模拟

建立了能够反映柔性纤维物理与力学特征的二维模型,结合任意拉格朗日-欧拉法,求解纤维在喷气涡流纺喷嘴中与气流相互作用的流固耦合问题及纤维与喷嘴壁面的接触问题,数值模拟纤维在喷气涡流纺喷嘴高速气流中的运动与变形.研究表明,在喷嘴内气流的作用下纤维随时间呈现波浪形的螺旋运动,并向下游运动,在此过程中与锭子内壁多次发生接触;纤维尾端在完全进入锭子之前以较大的幅度在喷嘴壁面间进行螺旋回转,从纤维束中分离出来并做包缠运动,使纤维束加上捻度;纤维加捻的强度可以用纤维尾端周期性转动的幅度与频率表示.     

喷气涡流纺喷嘴模型——不等长同心圆管腔体内切向旋流流动特性的数值研究

将喷气涡流纺喷嘴抽象为设有切向气流喷射孔的不等长同心圆管腔体模型,采用计算流体动力学方法,对不等长同心圆管腔体内以切向喷射方法产生的高速可压缩切向旋流的流动特性进行基础研究.研究表明:在切向喷射孔上游出现反旋涡对;切向喷射孔出口外侧气流流速超过音速,随后在外管与内管间的环形区域内以亚音速向下游旋转流动;切向喷射孔入口总压对喷射孔出口附近及其下游区域内气流速度影响不明显.本研究可为喷气涡流纺喷嘴的设计提供可借鉴的思路与结论.     

同轴气流作用下压电驱动式微滴喷射行为的实验研究

为探究同轴气流对压电式微滴喷射过程的影响,自行设计并制造了设有同轴气流喷射槽的压电式微滴喷头,构建了微滴喷射与观测系统.采用双极性梯形波作为压电驱动波形,利用微滴喷射过程的可重复性,应用电荷耦合器件相机获取不同时刻的微滴图像;在此基础上,对同轴气流作用下压电驱动式微滴喷射行为进行了研究.结果发现:随着同轴气流强度的增大,微滴的延伸长度增加,其在喷嘴出口处的断裂时刻不受影响,在飞行过程中头部与尾部发生断裂的时刻延后;飞行微滴总体积略有减小,主液滴体积减小,而卫星液滴体积增大;主液滴与卫星液滴的前端速度和末端速度均有增大趋势,主液滴和卫星液滴末端速度的波动幅度与频率均有所下降;主液滴与卫星液滴形状都更趋于扁平,主液滴当量直径减小,而卫星液滴的当量直径则增大.研究阐明了压力波与同轴气流共同作用下微滴的喷射行为,揭示了同轴气流在微滴延伸、断裂和飞行过程中的作用规律,为同轴气流辅助式压电微滴喷头的设计提供了基础.     

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.