國內外噴氣織機主、輔噴嘴的引緯流場研究狀況

譚力新

摘 要：文章通過總結了最近十幾年來國內外學者關于噴氣織機主、輔噴嘴引緯流場的研究成果，分析了國內噴氣織機引緯流場的研究所存在的瓶頸問題，并對未來的國內噴氣織機研究方向進行了討論。

關鍵詞：噴氣織機；主噴嘴；輔助噴嘴；引緯流場

1 概述

噴氣織機由于其高效低噪、品種適應性強，已經成為當今織造業(yè)的主要生產設備之一。我國從80年代開始就批量引進國外的噴氣織機，臺數日益增多。與此同時，一些紡織機械廠在消化吸收國外先進技術的基礎上，自行研制、設計并生產適合國內生產實際的噴氣織機。雖然近年來國產無梭織機的生產初具規(guī)模，市場狀況也良好，但國產無梭織機較國外先進產品還有很大的差距，大量的高檔織機仍需依賴進口[1]。

造成這種現象的主要原因是國產噴氣織機開發(fā)投入少，研發(fā)能力不足，主要停留在引進技術的消化吸收上，跟不上國外噴氣織機技術的更新速度。特別是上世紀末以來，大部分紡織企業(yè)陷入困境，大量紡織機械設計人員流失，研發(fā)設計力量得不到補充，且研究人員也在逐年減少。

針對我國噴氣織機開發(fā)研究現狀，其關鍵技術和難點主要有以下幾個方面：（1）噴氣引緯的核心技術。我國織機的生產廠家至今沒有掌握噴氣引緯的機理，沒有相應的噴氣引緯理倫來支撐噴氣引緯系統(tǒng)的優(yōu)化及關鍵零部件設計。（2）機件加工精度和裝配精度。高速運轉的噴氣織機使各運動機件的慣性力大幅增加，若零件的加工精度和裝配精度達不到要求，織機的振動和噪聲將增大，機件磨損加劇。目前我國的機件加工工業(yè)水平和國外比仍有較大差距。（3）電控系統(tǒng)的可靠性?，F今噴氣織機車速已越來越高，最高實用車速已達到800r/min～1000r/min。電磁閥工作頻率高達13～17Hz，而作用時間僅為15ms，對電磁閥的壽命也是一大考驗。

2 國內的研究現狀

近幾年來，由于計算機仿真技術的發(fā)展，解決了以往噴氣織機主、輔噴嘴內難以放置檢測裝置的問題，因此各所高校在噴氣織機引緯流場的研究在都取得了極大的進展。其中，關于主噴嘴引緯流場分析的研究主要集中于蘇州大學，而輔助噴嘴的引緯流場分析則集中浙江理工大學。

2.1 國內主噴嘴引緯流場的研究

2005年，西安工程科技學院的梁海順，王貫超等人對進口的日本津田駒ZAX-e型主噴嘴與國產主噴嘴的噴射性能進行對比測試與分析，指出進口主噴嘴的噴射性能優(yōu)于國產主噴嘴，并分析了兩者存在差距的原因[2]。

2007年，蘇州大學的袁東栩分析了在相同的供氣壓力下，喉部截面面積，導紗管長度，導紗管孔徑對主噴嘴芯出口氣壓和氣流速度的影響。同時提出了如表1所示的主噴嘴優(yōu)化模型。

2010年，蘇州大學的張科提出了如圖1所示錐型孔導紗管，并從理論上論證了該導紗管在性能上優(yōu)于傳統(tǒng)的圓柱型導紗管。

2013年，蘇州大學的徐存強搭建了實驗平臺，通過對每段緯紗進行兩次靜態(tài)牽引力測量，求得五種不同種類緯紗在不同供氣壓力下距主噴嘴軸向射流方向75mm至150mm段每25mm長度上所受緯紗牽引力[3]。根據實驗測試結果推導出緯紗的摩擦因數計算公式為Cf=2？駐F/（？仔d？籽V2？駐L）。

2.2 國內輔噴嘴引緯流場的研究

由于輔助噴嘴的耗氣量一直占據著噴氣織機總體耗氣量的百分之七十左右，所以從上個世紀噴氣織機誕生以來，關于主、輔噴嘴的引緯流場的研究就一直沒停過。

2010年東華大學的吳重敏、陳革研究團隊用計算機模擬仿真的方法分別對主噴嘴和四種不同孔型的輔噴嘴進行流場分析[4]，同時用實驗的方法測出單孔形輔噴嘴在65mm和75mm間距的條件下引緯流場內各點的速度分布。

2010年浙江理工大學的劉承文分別對“單個輔噴嘴噴射氣流場”和“多個輔噴嘴噴射氣流進入筘槽后形成的合成氣流場”進行數值模擬，提出了針對輔噴嘴引緯流量的一系列優(yōu)化原則。同時他們也提出了新的評價指標——“效率比”■：■：■，即每增加一單位參數（如噴射角、供氣壓力、輔噴嘴間距等）對平均速度增長率、平均紊流強度增長率、平均耗氣量增長率的影響。

2012年蘇州大學的譚保輝用模擬仿真的方法對十款不同孔形的輔助噴嘴的噴氣流場分析，其限制條件為“各款輔助噴嘴的總孔面積相等”[5]。通過比較不同孔形的輔助噴嘴在不同氣壓下的性能，得出在0.2MP和0.3MP下七孔形最優(yōu)，在0.4MP下九橫孔型最優(yōu)的結論。

2012年浙江理工大學的汪旺則在2010年劉承文等人的基礎上改進[1]，采用了有間隙的異形筘模型，通過模擬仿真的方法得出在0.49MP，65mm間距的條件下可滿足高速引緯的需求，同時得出半封閉和有筘片的結構更有利于引緯，采用單個漸縮型噴孔可增強對氣流的約束能力。

2014年蘇州大學的王衛(wèi)華等人針對輔助噴嘴引緯工藝，對輔助噴嘴與異形筘組合流場進行了數值模擬與理論分析[6]。結果表明：隨著噴向角、供氣壓力的增加，組合流場產生更強大的氣流，其氣流速度逐漸增大，這不僅有利于改善氣流合成質量，還使緯紗能夠貼近筘槽內側平穩(wěn)飛行。

3 國外引緯流場的研究

國外關于高速引緯流場的研究從上個世紀80年代就開始，到90年代末期達到最盛。

這段時間最有名的當屬日本M. Ishida與A. Okajima的研究團隊。他們對主噴嘴引緯流場做了較為細致的研究，通過對主噴嘴外壁開槽的方式來測量管壁的靜壓，計算了不同位置的氣流速度，對不同部位的流動進行了分析。他們還通過紋影法對射流中的激波進行了拍攝，觀察了射流核心區(qū)的范圍。

但是，通過實驗獲得的數據很有限。搭建實驗平臺需要龐大的資金，同時為了獲得可靠的數據對實驗者的要求也比較高。因此進入了21世紀后，通過CFD對引緯流場進行仿真也就成了趨勢。

韓國的Oh、Kim分別對于主噴嘴內的引緯氣流進行了二維數值計算。他們的計算結果驗證了Ishida等人對噴嘴內流場的研究結果。但是他們使用的是簡化模型，忽略了導管對緯紗運動的影響。

Belforte和Mattiazzo也對主噴嘴流場進行了仿真，但他們更側重于分析不同紊流模型的適用性。通過比較計算結果和實驗數據，他們得出S-A模型適合于揭示流場的分布；而標準k-ε模型與非平衡壁面函數相結合，適合分析紊流邊界層。這對利用CFD手段來優(yōu)化噴嘴結構設計有一定指導作用。

雖然國外也有很多學者對主、輔引緯流場和輔噴嘴孔型進行了CFD三維模擬仿真，但除了使用的模型和材料設置參數略有不同以外，其結果整體上和國內學者得出的結論并無太大差異。

4 結束語

作者總結了最近十幾年來國內外學者關于噴氣織機主、輔噴嘴的研究成果。雖然這十多年來關于引緯理論已取得不少成果，但真正能反映到實際生產應用的少之又少，這主要受限于我國相對落后的機加工水平。2008年以后國外關于主、輔引緯流場的研究就鮮有報道了。相比之下，國外的研究者更熱衷于新技術和新元器件的開發(fā)，比如在過去的十年內就誕生了RTC（緯紗實時控制）裝置、串聯(lián)主噴嘴、雙重空氣壓縮系統(tǒng)和錐形噴嘴等技術，如今有不少已經成為高檔織機的標配[7]。高檔織機的智能化也是當今的趨勢，如何開發(fā)更耐用的電磁閥，更高效的系統(tǒng)成為了他們關注的焦點。

國內噴氣織機研究僅僅止于現有的引緯流場的理論分析是不夠的。未來的研究更多應該集中在優(yōu)化加工工藝和以及開發(fā)噴氣織機的電控系統(tǒng)上，這才是國產噴氣織機的出路。

參考文獻

[1]汪旺.噴氣織機輔助噴嘴氣流場及數值仿真[D].浙江理工大學，2012.

[2]國內外噴氣織機主噴嘴噴射特性的測試與分析[J].西安工程大學學報，2008，32（6）341-344.

[3]徐存強.氣流引緯主噴嘴內緯紗牽引及飛行速度研究[D].蘇州大學，2013.

[4]吳重敏.噴氣織機引緯流場的研究[D].東華大學，2010.

[5]譚保輝.噴氣織機輔助噴嘴流場分析及結構參數優(yōu)化[D].蘇州大學，2012.

[6]王衛(wèi)華.噴氣織機輔助噴嘴引緯流場分析及緯紗牽引實驗研究[D].蘇州大學，2014.

[7]徐浩貽.噴氣織機節(jié)能現狀與展望[J].紡織學報，2010，31（9）：148-150.