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网格圈紧密纺纱集聚过程模拟及附加捻度产生的研究

作　者: 张妮
导　师: 程隆棣
学　校: 东华大学
专　业: 纺织工程
关键词: 网格圈型紧密集聚纺直型槽斜型槽异型槽数值模拟集聚机理纤维运动轨迹附加捻度纱线性能
分类号: TS104.77
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

网格圈型紧密纺是在传统环锭纺基础上而发展起来的一种纺纱新技术,它采用负压气流集聚成纱,能够显著降低纱线毛羽、提高纱线性能。目前,由于其发展历史较短,对其成纱机理、纱线结构及成纱工艺与纱线性能的关系等理论研究,国内外所做的工作还不够深入与系统,限制了集聚纺装置结构的优化和集聚纺技术的改进。为此,本文以不同集聚槽型的网格圈型紧密纺纱系统为研究对象,研究集聚槽型的改变对集聚效果及纱线性能的影响,并进一步研究附加捻度的产生机理以及毛羽长度和弹性模量对集聚效果的影响。本文首先对直型槽、斜型槽和异型槽三种槽型的网格圈型紧密纺纱系统集聚元件精确测量,然后建立集聚区流体运动三维理论计算模型,应用计算流体动力学FLUENT软件,采用标准k-C湍流模型及并行计算对流场进行模拟与表征,分析三种槽型集聚区域内气流的流动状况,解析各槽型曲面上的气流的静压分布及速度分布规律并讨论速度分布对须条的作用。研究结果表明：直型槽和斜型槽集聚区静压分布关于槽型中心处呈由内到外从-1700Pa到-100Pa过渡,Y轴向速度的分布规律都关于槽型中心线呈大小相等,方向相反的对称分布状态,这种分布使得须条沿槽型中心线集聚,Z轴向速度都为负值,对须条起到一定的吸附作用,呈现从中心线处向两侧逐渐减小的分布；异型槽集聚区静压呈从槽型中心处由-1800Pa到-100Pa逐渐过渡的分布,Y轴向的速度从槽口边界两侧的-30m/s和25m/s逐渐减小至速度为0m/s的曲线L处,须条在两侧气流集聚作用下在L曲线附近集聚。Z轴向的速度分布规律和直型槽、斜型槽的类似,只是在整体速度上偏大。在获得并提取出集聚区气流流场速度的基础上,为进一步探讨气流对纤维的作用机理,本文建立纤维微元模型,对处在气流流场中的单根纤维进行受力分析和运动学分析计算,通过自编的MatLab程序模拟集聚区不同初始位置处单纤维的运动轨迹。研究结果表明：纤维须条在直型槽集聚区最终将沿槽型中心线完成集聚输出,在斜型槽集聚区将沿斜边S：集聚输出,在异型槽集聚区将沿异型曲线S：集聚输出；其中在异型槽集聚区纤维须条的运动状态更稳定,集聚效果最好,斜型槽次之,直型槽最差。建立斜型槽集聚区有扰流场模型,通过流场分析证明了干扰须条附近旋转流场的存在。通过MatLab编程,模拟了纤维在旋转流场中的运动轨迹,通过对运动轨迹分析,认为这种运动可使纤维须条产生附加捻度。在有扰流场数据的基础上,构建弹性模型,分析毛羽长度和纤维的弹性模量对集聚效果的影响,得出弹性模量越大,毛羽越不易被吸附；相同的弹性模量,毛羽越长越容易吸附,且有可能包绕主体纤维,形成附加捻度。最后,结合理论研究部分,制定实验方案,纺制多种规格的纱线并对纱线性能进行测试、对比与分析,认为异型槽网格圈型紧密纺装置纺制的纱线条干,毛羽,强力等性能最好,斜型槽次之,直型槽最差,另外,异型槽和斜型槽集聚区可能使纱线产生附加捻度。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-18
  1.1 紧密纺纱的发展历史及现状  10-13
  1.2 网格圈型集聚纺纱的发展及研究现状  13-16
  1.3 本课题研究的内容和方法  16-18
2 各槽型集聚区流场模拟及分析  18-39
  2.1 计算流体动力学模型的建立  18-22
  2.2 数值模拟计算  22-26
  2.3 流场模拟结果与分析  26-37
  2.4 本章小结  37-39
3 各槽型集聚区纤维运动轨迹模拟  39-53
  3.1 建立单纤维模型  39-40
  3.2 集聚区纤维动力学分析与计算  40-42
  3.3 各槽型集聚区须条运动轨迹及分析  42-51
  3.4 本章小结  51-53
4 集聚区须条附加捻度产生及相关机理研究  53-67
  4.1 附加捻度的成因分析  53-57
  4.2 集聚区集聚效果的影响因素  57-65
  4.3 本章小结  65-67
5 纺纱实验设计与纱线性能分析  67-74
  5.1 实验设计  67-68
  5.2 纱线物理性能测试与分析  68-73
  5.3 本章小结  73-74
6 结论与展望  74-76
  6.1 结论  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间的研究成果目录  80-81
致谢  81

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