中国作为世界上最大的纺织品生产和出口国,实现纺织业的可持续发展至关重要,而纺织品由纱线纺织而成,故纺纱的重要性就显而易见了。虽然传统的环锭纺在诞生以来就占据着重要的地位,但是由于其纺纱流程长、纺纱速度慢、卷装容量小,导致其生产效率低,不符合社会的高速发展趋势,于是出现了一些应用到气流的新型纺纱方法,其中转杯纺、喷气纺和喷气涡流纺比较具有代表性,虽然这些纺纱方法提高了生产效率,但是由于牵伸部分罗拉和加捻部分高速回转件的存在,使纱线的牵伸倍数受限,成纱质量和纺纱速度也有待进一步提高,喷气涡流纺的结构限制还导致其对不同长度纤维的适纺性差。针对以上问题,本文对纺纱方法的核心即牵伸和加捻部分进行研究,考虑到气体具有可压缩性和流动的连续性,既能通过加压实现气流的高速喷射,又可以自发地从高压连续地向低压流动,且对纤维的磨损小,所以决定取消罗拉和高速回转件,应用牵伸和加捻机理,全程采用气流进行牵伸和加捻,形成一种新型的气流纺纱方法,旨在保证生产效率的前提下,提高牵伸倍数和对不同长度纤维的适纺性,并通过提高所纺纤维的平行伸直度来进一步提高成纱质量。虽然最精确的验证方法为实验验证,但是由于本研究涉及的结构小、内部气流速度快,无法通过实验完成对气流以及纤维运动情况的监测,其他学者面对相似问题时,都是通过仿真模拟进行研究,故本文采用数值模拟的方法进行研究,研究内容分为三部分:首先,为了实现高速及高牵伸倍数纺纱、纺纱过程中纤维的平行伸直和提高对不同长度纤维的适纺性,分析总结了纺纱过程中牵伸和加捻部分应该完成的任务,牵伸部分应该对须条完成相应倍数的牵伸,并尽量减少须条中弯钩纤维的数量,加捻部分是给须条施加捻度,使纤维之间存在纵向联系,固定成纱。然后根据气力输送和流体力学理论,建立了利用气流进行牵伸和加捻的三维结构模型。其次,为了验证上述结构可以实现高速及高牵伸倍数纺纱,将上述结构作为仿真模型,选择了基本控制方程,并根据理论分析和模拟验证,选择了可实现的k-ε模型为湍流模型,改变喷气孔轴线与水平轴线之间的夹角、喷气孔出口中心位置与空心锭子入口位置垂直距离和喷气孔喷射的气体压强等参数,利用Fluent对不同参数模型的内部流场进行了数值模拟,并通过对比分析模拟结果,选择出一组最优模型参数。最后,为了验证纤维在上述牵伸结构运动过程中可以达到平行伸直状态,建立了与实际相接近的不同形态的三维纤维模型,与牵伸通道内的流场模型结合得到流固耦合计算模型,选择了合适的控制方程并搭建求解平台,进行流固耦合数值模拟,分析纤维的运动和变形情况,并根据模拟结果对牵伸结构进行改进,以不同形态纤维均能达到平行伸直状态为最优。本文针对现有纺纱方法存在的问题,包括纺纱速度问题、牵伸倍数问题、成纱质量问题和对不同长度纤维的适纺性问题,分析了应用气流纺纱的优势,建立了利用气流进行牵伸和加捻的三维结构模型,对结构内部流场及纤维在牵伸结构内部流场中的运动情况进行模拟,并通过分析模拟结果,改进了模型结构及参数。虽然模拟结果难免与实际存在偏差,但在很大程度上可以反映实际,对实际中的应用具有指导意义,本研究还为新型纺纱方法的设计提供了新思路,丰富了气流在纺纱领域应用研究的理论。