SolidWorksFlowSimulation在氣流紡紗機(jī)中的應(yīng)用

1、SolidWorks Flow Simulation 在氣流紡紗機(jī)中的應(yīng)用一、引言 氣流紡紗機(jī)又叫轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)，氣流紡紗有速度大，紗卷 大，適應(yīng)性廣， 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單， 不用錠子、 鋼領(lǐng)、鋼絲圈的優(yōu)點(diǎn)， 可成倍地提高細(xì)紗的產(chǎn)量。在各種新型紡紗方法與技術(shù)中， 氣流紡紗由于其技術(shù)和產(chǎn)品的實(shí)用性，得到了大量的推廣與 應(yīng)用。氣流紡紗的基本工作原理是，將纖維隨氣流輸送到高 速回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁，在凝聚槽內(nèi)形成紗尾，同時(shí)被加拈成紗 引出，直接繞成筒子。氣流紡紗過(guò)程中輸入的氣流不是單一的空氣氣體，其中 含有大量的紡織纖維，如何使用軟件進(jìn)行可視化的 CFD 模 擬分析，是非常具有挑戰(zhàn)的問(wèn)題。本文采用專業(yè)的計(jì)算流體 動(dòng)力學(xué)

2、分析軟件 SolidWorksFlowSimulation 對(duì)氣流紡紗過(guò) 程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了內(nèi)部流體的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)分布等， 并通過(guò)粒子追蹤方法，分析了纖維粒子的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)過(guò)程。二、模型組成及分析說(shuō)明 氣流紡紗機(jī)的原始模型含有密封墊、軸承、螺栓等部件，非 常復(fù)雜。 為方便計(jì)算分析， 本文對(duì)原始模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理， 其結(jié)構(gòu)基本組成及坐標(biāo)系如圖 1 。模型由定子、高速轉(zhuǎn)子和外殼三部分組成。其中氣流入 口在定子上，直徑為 1mm ，入口流體的質(zhì)量流率為 0.0002026kg /s ，高速轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為 130000r/min ，出 口處的壓力邊界條件為 96325Pa 。首先，使用 FlowS

3、imulation 分析不含纖維粒子的氣體流 動(dòng)，實(shí)際問(wèn)題中纖維對(duì)氣體的影響忽略不計(jì);然后在該氣體流動(dòng)跡線分析結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行纖維粒子流動(dòng)分析。三、模型創(chuàng)建1. 初始設(shè)置使用 FlowSimulation 中提供的自動(dòng)向?qū)?chuàng)建功能， 進(jìn)行 如下設(shè)定，國(guó)際制（SI）長(zhǎng)度單位為mm，旋轉(zhuǎn)速度單位為r/min , 質(zhì)量流率單位為 kg/h; 分析類型為內(nèi)部流動(dòng)， 排除內(nèi)部沒(méi)有流 動(dòng)條件的空腔 ;流體類型為空氣 ;默認(rèn)初始條件 ;結(jié)果求解精度 等級(jí)設(shè)為 4，最小間隙設(shè)為 1mm ，其他默認(rèn)設(shè)置。2. 邊界條件按圖 1 所示設(shè)置入口和出口邊界條件，入口質(zhì)量流率為 0.73kg/h（ 圖 2） ，出口靜壓

4、為 96325Pa（ 圖 3），指定如圖 4 所 示的真實(shí)壁面旋轉(zhuǎn)條件，指定旋轉(zhuǎn)速度。3. 初始條件為了加快收斂計(jì)算速度，設(shè)置殼體內(nèi)部切向氣體初始速 度為 40m/s 。在 FlowSimulation 中通過(guò)設(shè)置兩個(gè)方向的初始 條件來(lái)實(shí)現(xiàn)，此處不再贅述。四、結(jié)果分析圖 5 是內(nèi)部流體速度場(chǎng)分布，從圖中可以知道，最大速度位 于氣體入口處和轉(zhuǎn)子壁面處 ;圖 6 是 Y 向 （豎直方向 ）速度分量 圖，從圖中可知，出口處的 Y 向速度場(chǎng)較大，這與實(shí)際情況 非常吻合。同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，在殼體底部和轉(zhuǎn)子壁面處， Y 向速度場(chǎng)接近于 0，這說(shuō)明在這些壁面處，有可能出現(xiàn)運(yùn)動(dòng) 接觸后反彈。流動(dòng)跡線顯示如圖7、

5、圖 8 所示。五、粒子流動(dòng)分析 設(shè)置紡織纖維粒子材料為聚苯乙烯 （Polystyrene） ，使用反射 壁面條件。設(shè)置兩種流動(dòng)粒子，一種半徑為0.005mm（5卩m）, 另一種半徑為 0.015mm（15卩m）,結(jié)果圖9和圖10所示。六、壁面粗糙度的比較使用500 ym的壁面粗糙度進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置兩種流動(dòng)粒子，一種半徑為 0.005mm（5卩m）,另一種半徑為 0.015mm（15卩m）, 結(jié)果如圖 11 和圖 12 所示。 從分析結(jié)果來(lái)看, 增加壁面粗糙 度對(duì) Y 向速度場(chǎng)分布沒(méi)有太大影響,如圖 13 和圖 14,壁面 粗糙度主要影響 ZX 平面內(nèi)的速度場(chǎng)分布, 如圖 15 和圖 16。 此外,從圖 7 和圖 8 的流動(dòng)跡線對(duì)比可以看出,增加壁面粗 糙度對(duì)流動(dòng)跡線的速度大小有很大的影響。七、結(jié)語(yǔ)SolidWorksFlowSimulation 可以很好解決