转杯纺纱属于气流纺的一种,是众多新型纺纱方法中技术最成熟、应用最广泛的纺纱方法,气流在转杯纺纱过程中起着重要的作用。国内外很多学者对转杯纺纱机的纺纱工艺包括转杯转速、分梳辊转速、喂给和牵引速度及负压气流大小等进行了不少的实验研究,但是对转杯内部气流场特性及转杯内纤维运动特性的研究不深入。而转杯内气流场特性及纤维的运动特性对成纱质量、纺纱效率、适纺范围等有很大影响,是研制高性能转杯纺纱机机制的技术基础。本文首先通过欧拉平衡方程得到旋转流场中压力方程,以纤维颗粒为纤维模型分析颗粒在转杯滑移面上的受力运动情况,给出滑移面角度对纤维颗粒运动的影响方程,理论计算常用滑移面角度范围。其次,以浙江某纺机公司转杯纺纱器为参考模型,建立转杯流场流道内模型,采用数值模拟方法对转杯内气流场特性进行仿真,得到转杯内速度、压力场分布,进而分析纤维输送管内和转杯内流动参数的变化对纤维运动的影响。接着,将纤维假设成微小纤维颗粒流,采用欧拉模型对转杯内纤维—气流两相流进行数值仿真,分析纤维颗粒流相在转杯内的运动分布情况。同时对不同转杯转速、不同滑移面角度、不同纤维输送管结构和倾斜角度等参数变化对转杯内纤维颗粒流分布的影响进行分析。最后,将转杯、纤维输送管及负压空腔等关键部件进行透明化处理,搭建转杯内纤维运动观测实验平台,利用高速摄影技术对纤维在透明输送管及转杯内的运动情况进行拍摄研究,分析其运动趋势,与仿真结果进行对比。通过本文研究,我们得到如下结论:1.转杯内部存在负压,压力大小与距转杯轴线距离有关,输送管是个渐缩管,截面积越小,气流速度越大,输送管入口处气流速度最小,从入口到出口速度不断增大,在输送管出口处出现高速涡旋,气流经输送管进入转杯后便出现与转杯旋转方向一致的旋转流动,旋转一周后在输送管出口处汇交,汇交区湍流强度大。2.纤维进入转杯后出现指向旋转方向的头端弯曲,之后沿滑移面运动到凝聚槽内聚集,并随转杯旋转而紧贴凝聚槽旋转流动,纤维相在滑移面上呈坡型分布,凝聚槽内纤维环长度不断增加。而滑移面角度的微小变化对纤维相流动状态影响不大,一般滑移面角度选70°左右。3.转杯转速对输送管内及转杯中心区(距转杯轴线距离12mm范围内)气流参数基本无影响,近旋转壁面区(距旋转壁面距离小于6mm)气流速度、压力受转杯转速影响大,在同一位置,转速越高,气流速度越大。4.输送管倾角影响纤维相流动方向及其在滑移面上的接触点位置,当倾角为32-37°时最佳,相同工况下,不同渐缩度输送管出口处静压和速度基本相同,而入口处气流速度和静压与渐缩度成反比。