高速轉杯內部流場和磨損規(guī)律研究.pdf

1、在轉杯紡紗機中，轉杯是其核心的部件。轉杯的速度、形狀以及磨損狀況都會對成紗質量造成很大影響，尤其是轉杯的磨損是轉杯紡機失效的主要原因之一，直接影響成紗的質量、斷頭及生產效率，關系到企業(yè)的信譽和經濟效益。紡杯不同部位的磨損特征和磨損機理是不同的，本次研究主要是針對轉杯內壁的磨損進行的。本文首先使用fluent軟件仿真了轉杯高速旋轉時，轉杯內部空氣和纖維氣固兩相流的流動狀態(tài);然后運用有限元LS-DYNA模塊模擬了纖維粒子沖蝕轉杯內壁的動態(tài)過

2、程;最后對轉杯內表面微觀磨損形貌進行電子顯微鏡拍照實驗，觀察了轉杯內壁不同位置磨損的差異性和磨損特征，從而驗證了流場和LS-DYNA數(shù)值分析方法的有效性。
　　 首先，選擇適合分析轉杯內部流場運動的RNGκ-ε模型，利用fluent流體計算軟件分析了轉杯內部纖維和空氣混合兩相流的運動情況，獲得了轉杯內部流場的速度分布、靜壓力分布和纖維濃度分布圖。分析在不同入流速度、不同負壓、不同纖維濃度以及不同轉杯時，轉杯內部總體和壁面的靜壓力

3、分布情況、兩相流流速分布狀態(tài)以及纖維的凝聚狀態(tài)。結果表明:轉杯內部的負壓使混合兩相流從輸棉通道進入轉杯內部后，對與輸棉通道口正對的滑移面產生直接沖蝕，之后混合流在轉杯高速旋轉的帶動下，沿著轉杯內壁做周向旋轉運動，并逐漸向凝聚槽匯集。因此，通過輸棉通道的傾斜角度和轉杯滑移面的角度尺寸，能夠得到混合流與轉杯滑移面的最大沖蝕角;通過兩相流流速分布可以獲得混合流的沖蝕速度。
　　 其次，在流場分析的基礎上，利用LS-DYNA有限元軟件，

4、仿真了混合兩相流對轉杯內壁的動態(tài)沖蝕磨損過程。在轉杯的不同位置，纖維粒子對轉杯的磨損機理是不一樣的。仿真結果表明:在輸棉通道口處，由于沖蝕角度大，磨損方式主要以凹坑狀的點蝕和材料剝落為主:在凝聚槽處，由于沖蝕角度小，纖維相對轉杯的速度大，磨損方式主要以犁削式的材料剝離為主。此外，凝聚槽處的磨損還包括纖維環(huán)與轉杯相互滑動摩擦，造成的擦傷式磨料磨損。其他位置的磨損形式是介于這兩者之間。同時通過LS-DYNA仿真的磨損過程和單元剝離狀態(tài)，預測

5、了轉杯的使用壽命。
　　 最后，利用電子顯微鏡觀察了轉杯內壁微觀磨損形貌。實驗結果表明:轉杯的磨損特征和LS-DYNA有限元分析以及fluent流體仿真得到的結果基本一致;轉杯凝聚槽的磨損最嚴重，磨損特征表現(xiàn)為溝痕狀;轉杯輸棉通道正對的滑移面，磨損方式最復雜，磨損特征表現(xiàn)為凹坑狀和溝痕狀相間;轉杯其他位置的磨損相對較輕，磨損方式相對簡單，磨損特征表現(xiàn)為淺劃痕狀和點蝕坑。最后，通過電鏡觀察了轉杯軸處的磨損狀態(tài)，結果表明轉杯軸的磨損