項目背景

在化纖行業(yè)中蚌讼，粘膠或 Lyocell 短纖維的開松處理是纖維成品前的一道重要工序，而開松處理設(shè)備通常選用輸毛管岔冀。輸毛管將經(jīng)多臺切斷機切斷的束狀粘膠或 Lyocell 短纖維開松沖散凯旭，并輸送到給纖槽和精煉機，利于給纖槽均勻鋪毛使套、加強精煉機淋洗效果罐呼，提高纖維成品品質(zhì)。然而确确，傳統(tǒng)的輸毛管主要起輸送作用披贰，對開松纖維要求不高。探索束狀纖維在輸毛管中的開松機理及管道內(nèi)流場狀態(tài)涌咪，對纖維運動狀態(tài)的影響臣碟、促進輸毛管管道結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計，提高纖維開松效果至關(guān)重要降乔。本次研究中原工學(xué)院使用Cradle CFD優(yōu)化了輸毛管道設(shè)計以提高行業(yè)生產(chǎn)效率踊眠。

設(shè)計挑戰(zhàn)

對輸毛管管道結(jié)構(gòu)進行合理化設(shè)計，提高纖維開松效果研究領(lǐng)域難點主要是如何建立纖維的絲束模型讨楔。市場上流場分析軟件有 MSC Cradle CFD布缨，ANSYS Fluent，cfx玻市，comsol等柜涛，而進行輸纖通道中纖維與流場的耦合關(guān)鍵在于建立接近實際生產(chǎn)中的纖維模型，結(jié)合目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀父独，輸纖通道中輸送的纖維數(shù)量少格缘，且缺少絲束纖維模型在管道中開松的研究。MSC Cradle CFD流體分析軟件有自己本身獨特的離散元模型酬屉，同時基于離散元拓展的繩索模型半等，通過參數(shù)的設(shè)置使纖維模型接近實際生產(chǎn)。

設(shè)計案例
探究纖維開松機理

纖維絲束模型建模復(fù)雜呐萨，荷倍克斯康旗下計算流體動力學(xué)仿真軟件MSC Cradle CFD顆粒生成單元建模效率高，操作簡便。Cradle CFD流體動力學(xué)分析軟件擁有先進的新型協(xié)同仿真和后處理功能切距，分析多物理場問題和混合的流體-顆粒相互作用朽缎，輸毛管優(yōu)化設(shè)計研究以Cradle CFD流體軟件對粘膠和Lyocell纖維輸毛管的流體分析仿真探究纖維開松機理。

圖：不同時刻纖維運動軌跡及局部放大示意圖

優(yōu)化管道結(jié)構(gòu)消除流體漩渦

圖：管道流場前后對比

結(jié)合Cradle CFD高效的網(wǎng)格劃分方式谜悟，在原管道的不斷加以修改設(shè)計饵沧，進行仿真計算節(jié)省時間，極大減少時間成本赌躺，對比市場幾款流體計算軟件，仿真結(jié)果計算精確羡儿，Cradle CFD的續(xù)算能力讓使用者能夠及時檢測計算過程中發(fā)現(xiàn)的問題并能及時修正礼患，避免使用者重復(fù)工作，減少工作強度姥购。其對纖維在輸毛管中的流固耦合分析更符合生產(chǎn)中的現(xiàn)象模擬渺因。

圖：結(jié)構(gòu)改變前后的纖維運動分析

cradle CFD擁有較為強大的后處理分析能力，使纖維在輸毛管道中的運動呈現(xiàn)具象化概给，研究者更好觀察纖維在管道中的耦合運動妙裸，本研究通過改變管道結(jié)構(gòu)，消除管道內(nèi)的流場漩渦跛庶，提高纖維在管道內(nèi)的輸送效率睁去，減少纖維纏繞現(xiàn)象。

總 結(jié)

纖維輸毛管的設(shè)計對粘膠纖維或Lyocell短纖維絲束的開松效果至關(guān)重要质凰。為了探究纖維絲束在輸毛管中的開松機理以及管道內(nèi)流場狀態(tài)對纖維運動狀態(tài)的影響殃宜，采用三維建模軟件建立輸毛管流場模型。在商用軟件Cradle CFD中建立纖維絲束模型結(jié)合流場進行耦合計算畏琢，研究分析了2000根長度為38mm纖維絲束在輸毛管中的運動過程挟撑。結(jié)果表明，纖維絲束在輸毛管中受到流場作用的差異形成了纖維絲束運動的速度差是纖維絲束開松的主要原因虐欲；輸毛管的豎直圓形管道處存在較大的壓力梯度,使纖維絲束整體受到壓力差異,也為纖維開松創(chuàng)造條件,輸毛管的錐型管位置處的速度場較復(fù)雜,有利于纖維絲束開松嫩坷；管徑的變化導(dǎo)致產(chǎn)生漩渦，阻礙了纖維的輸送,研究結(jié)果可以為化纖與紡織行業(yè)輸毛管設(shè)計提供參考檐春。

中原工學(xué)院后續(xù)將進一步使用Cradle CFD逻淌，對更大規(guī)模的化纖進行研究，以便改進優(yōu)化紡織行業(yè)輸毛管設(shè)計疟暖。截至目前恍风，我們通過Cradle CFD 完成了纖維開松的機理分析，并在《現(xiàn)代紡織技術(shù)》期刊發(fā)表論文一篇—《輸毛管中流場狀態(tài)對纖維絲束開松處理效果的影響》誓篱，后繼我們將進行管道結(jié)構(gòu)對流場的影響探究朋贬，分析纖維在不同結(jié)構(gòu)管道中開松效果，探討最佳的適合纖維開松的管路結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

[1]王進,程賀棚,李帥,等.輸毛管中流場狀態(tài)對纖維絲束開松處理效果的影響[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2024,32(03):29-37.

關(guān)于中原工學(xué)院

中原工學(xué)院（Zhongyuan University of Technology）位于河南省鄭州市锦募，中原工學(xué)院是一所以工為主摆屯，以電子信息和紡織服裝為特色優(yōu)勢，工糠亩、管虐骑、藝、理赎线、文疆虑、經(jīng)、法徽橄、哲等多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的河南省特色骨干學(xué)科建設(shè)高校澄月。

其中機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是國家級特色專業(yè)建設(shè)點、國家級專業(yè)綜合改革試點項目遂遂，工業(yè)設(shè)計是省級特色專業(yè)脂惊，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)和工業(yè)設(shè)計專業(yè)目前是國一流專業(yè)建設(shè)點，機械電子工程專業(yè)是省級專業(yè)建設(shè)點悟肉。機械工程是省重點一級學(xué)科喝园，設(shè)計學(xué)（工業(yè)設(shè)計方法及理論）是省重點學(xué)科，儀器科學(xué)與技術(shù)是校重點一級學(xué)科乞挥，為河南省優(yōu)勢特色學(xué)科群“紡織服裝新材料與高端裝備”支撐學(xué)科省瓜，其中，機械制造及其自動化學(xué)科為河南省特聘教授設(shè)崗學(xué)科赤巢。

（鹤克斯康工業(yè)軟件）

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