转杯纺纱中，转杯作为转杯纺纱机的主要旋转部件，它的形状、尺寸、转速等工艺参数对成纱质量有着显著的影响。由于转杯内的流动非常复杂，它的流动状态严重影响纺纱的质量，根据前人的研究，旋转容器内不可压缩流动随着转速的升高，会有着显著的变化，特别是中心线上低压区的形状和大小，会随着转速和几何形状的变化而变化。但是目前转杯内的非稳定流动还没有得到深入的研究，很多具体的影响规律还不清楚。本文将采用数值模拟的方法对纺纱转杯内的旋转流动进行数值模拟，得出全流场的流动参数，研究纺纱转杯内的流动失稳现象。首先，为了验证能量梯度方法对复杂流动中流动失稳的适用性，利用定常三维的Navier-Stokes方程，对180°矩形截面弯管内的流动不稳定特性进行研究。按照Gauthier实验中的原弯管尺寸，利用三维数值模拟的方法，得出不同Re数下的全三维流场。运用能量梯度理论，得到了弯管中能量梯度函数K的分布。通过与相同几何和流动条件下的实验结果比较，发现K值最大的位置最先发生流动失稳，进而形成涡流。计算所得到的能量梯度函数K的分布特性与实验得到的流动失稳区域基本一致。因此验证了能量梯度方法应用于弯管流动中流动失稳研究的正确性。然后，利用非定常的三维Navier-Stokes方程，对纺纱转杯圆锥室内旋转流动中的涡破裂现象进行了数值模拟，分析了圆锥室内的涡破裂现象。对得出的全流场的流动参数，运用能量梯度方法计算出能量梯度函数K值的分布，研究涡破裂的物理机理。文中研究了三种室内的涡破裂现象：带滑移角的纺纱转杯圆锥室，普通圆锥室和圆柱室。对纺纱转杯圆锥室的研究表明：当雷诺数达到一定临界值时，圆锥体内轴线附近会形成一个速度非常低的涡破裂区域。在所研究的高径比范围内，随雷诺数的增加，涡破裂气泡增大，其位置向远离驱动面的方向移动，且最先出现涡破裂的位置不随滑移角α的变化而变化。带滑移角的纺纱转杯圆锥室几何相对于圆柱室几何抑制了涡破裂的产生，相对于普通圆锥室几何促进了涡破裂的产生。通过分析发现K值最大的位置最先发生流动失稳。计算所得到的能量梯度函数K的分布特性与涡破裂现象发生的区域基本一致。最后，利用定常的三维Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型，对工业应用中转杯纺纱机纺纱通道内的流动进行了数值模拟，分析了转杯转速和几何参数对转杯内部流动特性的影响。数值方法采用有限体积法和SIMPLE算法，计算网格采用非结构化网格。根据模拟结果得出了纺纱通道内的气流特征：气流在纤维输送管内呈加速运动，当气流到达纤维输送管出口处速度达到最大。由于纤维输送管在转杯内的非对称性，气流从纤维输送管流出，在转杯杯壁上形成沿相反的两个方向上流动的两股不同大小的气流，沿顺时针流动的气流较多，逆时针流动的较少，顺时针气流在流过大约270°时与逆时针流动的气流相撞，流向转杯出口。纤维在凝聚槽内随气流顺时针旋转，而转杯逆时针旋转，这有利于纤维的加捻，增加纱线的强度。因此在保证纤维剥离位置不变的前提下，转杯转速越大越好。随转杯转速的增加，转杯子午面上的流动结构发生明显的变化。随转杯转速的增大，转杯中心的低压回流区的位置，先是向中心轴处移动，然后远离中心轴，且转杯侧面的小涡先减小直至消失后增大。这是由于旋转所引起的中心低压区和输送管出口处所形成的低压区相互平衡的结果。研究观察发现，当转速为2000r/s时，转杯内部的主低压区位于轴线处。这个位置使转杯内的流动的轴对称性最好，因此此状态造成的脉动和振动也是最小。转杯滑移角增大对转杯内气流的影响和转杯转速增加对气流的影响相类似。研究结果为转杯纺纱机转杯速度和转杯几何形状的选择提供了参考。