气流-柔性体耦合现象广泛存在于气动型纺织领域,用数值方法对流-固耦合现象进行模拟,是除理论和实验方法以外的第三种,也是现如今最为常用的方法。然而由于纤维、纱线等柔性体具有大长径比,高柔性的特点,使得其在气流场中会产生大变形和大位移。传统基于贴体网格的流-固耦合数值方法难以有效地对其运动进行模拟。本文通过建立高效、低计算成本、不依赖贴体网格的气流-纤维两相耦合数值模拟方法,即基于动量交换(Momentum exchange)的浸入边界-格子Boltzmann方法(IB-LBM),来探究在低雷诺数下柔性纤维在渐缩型流道内的运动特性,尝试性地将IB-LBM引入到纺织研究领域,希望能为高性能转杯纺纱器的研究和高效高质成纱带来一些启发。本文首先对纤维运动进行数学建模,然后简单介绍了所采用流-固耦合方法-IB-LBM的基本原理,主要公式,以及格子单位和物理单位的转换。接着通过两个算例来验证了编写的算法程序分别对刚性不可变形浸入边界和柔性可变形边界计算的准确性。再接着对转杯纺纱器流道进行二维简化,采用LBM探究了输棉通道气流进入旋转转杯后的流场情况,为纤维伸直输送理论提供理论支持以及为后续纤维出了输棉通道进入转杯的运动提供预测。最后采用IB-LBM方法数值模拟了单根纤维在转杯纺输棉通道内的运动,并探究了梳棉通道渐缩度和纤维初始形态对其输送的影响,得到以下几个有关纤维输送的结论:1).IB-LBM方法可以在保证一定精度的基础上,有效处理刚性圆柱边界和具有大变形柔性边界的流-固耦合问题,可以有效应用到气动型纺织领域。2).渐缩型的输棉通道有助于提高纤维的输送效率,且渐缩度tan?越大,纤维到达出口处所需要的时间越短。3).初始以完全伸直状态进入输棉通道的纤维,无论输棉通道的渐缩度如何变化,其在输送过程中,能基本保持伸直状态输送。4).初始形态为波浪形的纤维在不同渐缩度的输棉通道内的输送情况有所区别,对于渐缩度较大的输棉通道内,纤维输送过程中能保持相对较为伸直的输送。因此提高输棉通达渐缩度能提高这类纤维的输送效果。5).除了初始状态为水平伸直的纤维以外,其他形状纤维在输送的过程中都会产生不同程度的变形。渐缩型输棉通道对于中间凸起,后端带钩以及波浪形纤维的输送皆能起到一定的改善作用,提高其进入转杯之前的伸直度。而对于头端带钩的纤维,其在输送过程中头端的钩会进一步往后折起,使得其输送情况进一步恶化,因此在分梳的时候要选择好滚针并通过合理设置输棉通道和分梳腔体的切入角度来避免这种纤维形态的出现。