精梳机是重要的棉纺设备,随着棉纺工业的发展,对精梳机性能要求越来越高,而精梳机棉网搭接区气流是影响精梳机速度高低的关键因素之一。车尾吸风口负风压、精梳机车速、吸落棉风道(即风斗和主风道管)气流结构参数的变化影响着其吸落棉风道及棉网搭接区气流的流动特征,从而影响棉网的正常搭接。本文通过建立棉精梳机吸落棉风道三维气流场模型,针对其气流场动态性能进行研究,模拟了搭接过程中棉须丛在气流作用下的变形形态,并通过试验进行了验证。(1)采用计算流体动力学首先对精梳机“主风道管”气流场进行数值模拟,探究八眼风斗与主风道管各接口处(即“八眼吸口”)气流场分布,提出使“八眼吸口”处风量近乎一致性措施,并研究主风道管结构改变对其气流场分布的影响。模拟结果显示:当精梳机八眼各吸口大小相同时,其风速、风压分布不均匀且风量大小差异明显,即越靠近车尾,其吸口处风速、风量越大,风压越低。由此可见,现精梳机“八眼吸口”处各风量要达一致,就必须通过调节或现场调试风道气流场来实现。因此,相对原模型仿真,通过改变“八眼吸口”各面积大小使得其风量近似均匀;通过改变精梳机主风道管截面积大小使得“八眼吸口”吸风量近似均匀。此外,相对原模型仿真,保持精梳机主风道管横截面面积不变,通过将主风道管方形结构改为圆形结构,发现圆形主风道管内气流沿圆截面形成的单一涡流在管中流动更顺畅,可有效减少原方形主风道管沿方截面形成多涡流带来的压力能损失。(2)为研究精梳机实际工况条件下,精梳机“吸落棉风道”气流场分布情况,利用动网格技术对其三维流场及锡林、钳板和毛刷等运动边界进行了动态数值模拟,探究了车尾吸风口负风压、精梳机车速以及“吸落棉风道”气流结构参数对其气流场的影响,并针对棉精梳机“八眼吸口”进行了风速与风压的试验测试。结果显示:气流由风斗进风口吸入,通过风斗内气流通道集中流向主风道管,并在主风道管与风斗接口处形成汇流且以多涡旋沿方形主风道管向车尾吸风口吸出,且越靠近车尾,主风道管内风速越大,风压越小;其中锡林、毛刷高速旋转形成的附面气流在狭窄的气流通道高速运动,相互剪切形成涡流并导致风速、风压成梯度分布;在棉网开始搭接阶段,锡林与后分离罗拉通道瞬间打开,气流带动刚梳理的棉须丛向下并与后分离罗拉导入的棉网快速搭接;随后,锡林凸部与三角气流板、毛刷形成一暂态“闭合”,风速在精梳机车速较低时呈缓慢增大趋势,风压呈缓慢减小趋势,动态气流场呈相对稳定状态,这使得搭接上的棉网能平稳前行而被后分离罗拉与皮辊握持;此时,棉网进入顶梳并被“梳理”,锡林凹部与毛刷气流通道打开,风斗内的梳理落棉、杂质通过风斗及主风道管吸走。棉精梳机气流是以负压运行,气流速度由风斗进风口向主风道管呈递增分布规律,而风压随风速的增加而减小呈递减分布规律。“八眼吸口”处气流场仿真数据与试验测试数据结果相吻合,说明本文建立的棉精梳机吸落棉风道复杂气流场三维动网格仿真模型及仿真方法是正确有效的。在此基础上,研究增大车尾吸风口负风压,发现精梳机棉网搭接区风速、负风压呈递增趋势;进一步研究提高精梳机车速,发现在棉网搭接区风速与负风压呈递增趋势,气流呈紊流状态且在锡林凸部与三角气流板、毛刷形成一暂态“闭合”时出现堵塞和反冲涡流现象;对此,改进高车速精梳机风斗气流通道结构并进行调控,使其流场涡流减少,气流顺畅,棉网搭接时气流场能相对稳定。(3)建立精梳机吸落棉风道气流场与等效棉须丛单向耦合模型,对棉须丛搭接运动过程中气流场进行模拟,并将得到的气流场数据加载至等效棉须丛上、下面,并进行结构非线性动态静力分析,得到棉网搭接过程中棉须丛的变形形态,并且发现其变形形态与高速摄像实际影像比较相符。