具有仿生非光滑表面紡杯的減阻性能數(shù)值模擬研究.pdf

1、轉(zhuǎn)杯紡紗是利用高速旋轉(zhuǎn)紡杯紡制紗線的一種自由端紡紗技術(shù)，也是目前各種新型紡紗技術(shù)中最為成熟、發(fā)展最快和應(yīng)用最廣的一種紡紗方式。目前紡杯的最高轉(zhuǎn)速已經(jīng)發(fā)展到了16萬轉(zhuǎn)／分鐘。隨著速度的不斷提高，轉(zhuǎn)杯紡紗機的動力消耗也不斷增加。目前，節(jié)能降耗、提高效率已經(jīng)成為工程領(lǐng)域發(fā)展的重要方面。借鑒許多經(jīng)過長期自然選擇形成能夠起到減粘降阻功效的生物體表非光滑結(jié)構(gòu)，本文從降能減耗的角度出發(fā)，采用數(shù)值模擬的方法探討了仿生非光滑表面對紡杯阻力性能的影響。

2、r>　　 本文基于工程仿生學(xué)研究的方法，經(jīng)過抽象和簡化，選擇了五種可加工于高速紡杯錐體外壁面的非光滑單元體，即三角形溝槽、半圓形溝槽、矩形溝槽以及點狀凸包和凹坑作為研究對象。利用SolidWords軟件與Gambit軟件相結(jié)建立了30種仿生非光滑紡杯計算域模型。對整體計算域采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進行劃分，并在必要區(qū)域采取網(wǎng)格加密措施。運用Fluent軟件對轉(zhuǎn)杯紡紡紗器內(nèi)部的三維流場進行了數(shù)值模擬，得出了非光滑單元體形狀、間距和深度三個因素對

3、紡杯減阻性能的影響。
　　 計算結(jié)果表明除三角形溝槽H=0.2mm和H=0.6mm兩個模型紡杯壁面阻力增加外，其余模型紡杯壁面阻力均有不同程度減小，其中三角形溝槽紡杯減阻率隨溝槽深度增加呈先增大后減小的變化趨勢，在H=0.4mm時減阻率最大為1.271％;半圓形溝槽紡杯減阻率則隨溝槽深度的增加而不斷減小，在H=0.2mm時其減阻率最大為1.261％;而矩形溝槽紡杯減阻率隨溝槽深度的增加也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在H=0.3mm時

4、其減阻率最大為1.385％。對于點狀凹坑和凸包由于其形態(tài)與上述三種屬于不同類型的非光滑單元，故選其二者單獨進行比較，選取凸包（凹坑）間距S=2mm，凸包（凹坑）直徑D在0.4～1.2mm之間遞增。通過計算得到點狀凸包減阻率隨凸包直徑的增加而先增大后減小，當D=1.0mm時減阻率最大為1.462％;點狀凹坑減阻率與凸包呈相同變化趨勢，當D=1.0mm時減阻率最大為1.400％。
　　 最后，本文對比表面非光滑紡杯與表面光滑紡杯各模