FDY型吸丝枪作用机理研究

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吸丝枪主要通过高速喷射流体产生的文丘里效应吸入纱线,然后由喷射出的高速流体与纤维之间的摩擦而输送纱线。随着纤维加工技术尤其是超高速纺丝的发展,对于吸丝枪的性能要求越来越高,要求其有强吸丝能力、低能耗、耐磨损、低噪音等性能。因此,迫切需要开发高性能的超高速吸丝枪。为了给高性能吸丝枪的研发提供理论依据和技术支持,本论文使用计算流体动力学软件ANSYS-CFX12.1,对具有不同结构参数的吸丝枪内部流场进行数值模拟,分析了其内部气流流场特征以及流场分布与吸丝性能之间的关系,阐明了吸丝枪结构对吸丝枪性能的影响机理。得到的主要结论如下:(1)从喷孔喷出的压缩空气迅速膨胀扩散,在拉瓦尔管内产生强烈的涡流,外部空气和纱线由于吸丝枪入口处的负压被吸入枪内,并在拉瓦尔管收缩部加速,在喉部达到音速并继续加速达到超音速。产生正激波后超音速气流突变为亚音速流。最后,纱线和气流被排出管外。吸丝枪壁面附近的速度和密度大于中心线附近的气流的速度和密度。这种高密度高速度的气流偏向于壁面附近的能力和螺旋气流中纱线的长度变大使得吸丝效率大大提升。(2)吸丝力F与空气速度分布密切相关,尤其是周向速度分量vc的影响最大;正激波的产生会将部分动能转化为无用的热能,动能消耗增大,不利于吸丝枪的性能提高,应尽量避免。(3)增加供气压,管壁附近气流密度和超音速流动区域均增大,提高了吸纱力;但纱线吸入管中的空气速度变小,降低了对纱线的捕获能力,并且正激波增强,降低了吸丝力。为避免出现正激波及其它负面影响,供气压不宜过大。(4)合理的喷嘴结构参数为喷孔数N=3、喷孔孔径d=2.0mm,喷孔角度=75°和喷嘴扩大角=60°。增加N减少了喷出气流的自由扩散,增强了其方向性,提高了吸丝枪内管壁附近的空气密度和周向速度分量vc,从而提高吸丝力F;合理的喷孔孔径d有利于强烈涡流的形成,产生较大的F,并避免正激波的产生,从而获得最高的吸丝效率;喷孔角度主要控制vc,引起涡流的强度的变化,从而改变F;适量增加喷嘴扩大角有利于气流分布均匀;过大的喷嘴扩大角将产生较多的乱流和返流,导致F降低.(5)当拉瓦尔管收缩角与拉瓦尔管扩大角分别为90°和6°时,拉瓦尔管结构比较合理。合理的能够使气流在喉部附近加速平稳,并避免由于在枪内产生过多的返流、乱流及强烈的正激波而带来的空气动能损失,从而提高吸丝力;合理的能使纱线推进管内涡流分布适中,纱线受到空气的拖曳力增加,而受到管壁的摩擦阻力减小,同时,正激波强度降低,动能损失减少,从而吸丝效率提高。
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