网格圈型紧密集聚纺是传统环锭纺基础上发展起来的一种采用负压气流集聚成纱的纺纱新技术,其因能够显著降低纱线毛羽、提高纱线性能而受到业内人士的广泛关注。目前,因该技术的发展历史相对较短,国内外对其成纱机理、纱线结构及成纱工艺与纱线性能的相关性等研究工作还不够深入与系统,使得集聚纺装置结构的优化和集聚纺技术的进一步改进在很大程度上受到了限制。为此,本文确立以网格圈型紧密集聚纺纱系统为研究对象,以影响纱线结构和集聚效果的根本原因—气流对纤维运动的影响为主要内容进行系列研究。本文首先对网格圈型紧密集聚纺纱系统集聚元件精确测量,然后建立集聚区流体运动三维理论计算模型,应用计算流体动力学FLUENT软件,采用标准κ-ε湍流模型及并行计算对流场进行模拟与表征,分析集聚区域内气流的流动状况,解析吸气斜槽入口曲面上的气流的静压分布及速度分布规律并讨论速度分布对须条的作用。由于负压大小影响气流流动,为此,改变负压参数设定值并采用与前述相同的研究方法模拟不同负压下气流流动特性。研究结果表明:网格圈型紧密集聚纺纱系统是利用负压效应产生气流集聚的;提取集聚区气流速度分量并分解成沿须条集聚方向的X轴向速度分量、沿须条厚度方向的Y轴向速度分量和沿须条输出方向的Z轴向速度分量可以发现,各速度分量对须条的作用效果不同:X轴向速度分量促使纤维束有效聚集;Y轴向速度分量有利于纤维贴伏在网格圈表面并随之输出;Z轴向速度分量方向与须条输出方向相同,这有利于须条稳定输出;随着负压增大,模拟得的气流流场速度分量也随之增加,但各速度分量的相对增长率不同。在获得并提取出集聚区气流流场速度的基础上,为进一步探讨气流对纤维的作用机理,本文建立纤维微元模型,对处在气流流场中的单根纤维进行受力分析和运动学分析计算,通过自编的MatLab程序模拟集聚区不同初始位置处单纤维的运动轨迹。在此基础上,进一步研究负压大小、网格圈外表面摩擦因数这两个参数对纤维运动和成纱性能的影响。研究结果表明:不同初始位置处的纤维在气流作用下运动轨迹不同;纤维在X轴向气流作用下产生集聚,在Y轴向气流作用下逐渐靠近并贴伏在网格圈表面输出;由不同初始位置处纤维运动轨迹反应出集聚区须条集聚过程可分为快速集聚区、调整集聚区和稳定集聚区;研究亦表明系统存在最佳吸气负压值和网格圈外表面摩擦因数。上述模拟亦可以看出:纤维在集聚过程中相互穿插、纠缠,表明集聚过程可能产生附加捻度,而现有的大量生产实践及本文的实验研究也表明集聚纱实测捻度较相同工艺条件下的环锭纱大,认为集聚区产生附加捻度。为验证这一现象,对纤维模型进行改进,建立可反映纤维刚柔性的纤维珠链模型,重新对纤维模型进行受力分析并编制MatLab程序以模拟单纤维的运动状态。模拟得的纤维运动轨迹与前面纤维微元模型模拟得的结果一致,其更形象地阐述了纤维之间产生翻滚现象的原因和集聚区附加捻度产生的成因。最后,本文按照前面理论研究的思路设计实验方案,纺制多种不同规格的紧密集聚纺和环锭纺纱线,并对纱线毛羽、条干、强力、线密度、捻度等性能进行测试与对比,观察纱线的纵向微观结构。纱线性能测试结果在一定程度上验证了本文理论研究的正确性。综上所述,本文从集聚区气流流场的定量研究出发,进行一系列较系统的网格圈型紧密集聚纺集聚机理研究,并采用大量的纱线性能实验辅以验证,研究结果不仅使得紧密集聚纺纱理论趋于完善,而且对今后如何改进紧密集聚纺集聚效果也具有很好的指导意义。