国内外喷气织机主、辅喷嘴的引纬流场研究状况

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摘 要：文章通过总结了最近十几年来国内外学者关于喷气织机主、辅喷嘴引纬流场的研究成果，分析了国内喷气织机引纬流场的研究所存在的瓶颈问题，并对未来的国内喷气织机研究方向进行了讨论。

关键词：喷气织机；主喷嘴；辅助喷嘴；引纬流场

1 概述

喷气织机由于其高效低噪、品种适应性强，已经成为当今织造业的主要生产设备之一。我国从80年代开始就批量引进国外的喷气织机，台数日益增多。与此同时，一些纺织机械厂在消化吸收国外先进技术的基础上，自行研制、设计并生产适合国内生产实际的喷气织机。虽然近年来国产无梭织机的生产初具规模，市场状况也良好，但国产无梭织机较国外先进产品还有很大的差距，大量的高档织机仍需依赖进口[1]。

造成这种现象的主要原因是国产喷气织机开发投入少，研发能力不足，主要停留在引进技术的消化吸收上，跟不上国外喷气织机技术的更新速度。特别是上世纪末以来，大部分纺织企业陷入困境，大量纺织机械设计人员流失，研发设计力量得不到补充，且研究人员也在逐年减少。

针对我国喷气织机开发研究现状，其关键技术和难点主要有以下几个方面：（1）喷气引纬的核心技术。我国织机的生产厂家至今没有掌握喷气引纬的机理，没有相应的喷气引纬理伦来支撑喷气引纬系统的优化及关键零部件设计。（2）机件加工精度和装配精度。高速运转的喷气织机使各运动机件的惯性力大幅增加，若零件的加工精度和装配精度达不到要求，织机的振动和噪声将增大，机件磨损加剧。目前我国的机件加工工业水平和国外比仍有较大差距。（3）电控系统的可靠性。现今喷气织机车速已越来越高，最高实用车速已达到800r/min～1000r/min。电磁阀工作频率高达13～17Hz，而作用时间仅为15ms，对电磁阀的寿命也是一大考验。

2 国内的研究现状

近几年来，由于计算机仿真技术的发展，解决了以往喷气织机主、辅喷嘴内难以放置检测装置的问题，因此各所高校在喷气织机引纬流场的研究在都取得了极大的进展。其中，关于主喷嘴引纬流场分析的研究主要集中于苏州大学，而辅助喷嘴的引纬流场分析则集中浙江理工大学。

2.1 国内主喷嘴引纬流场的研究

2005年，西安工程科技学院的梁海顺，王贯超等人对进口的日本津田驹ZAX-e型主喷嘴与国产主喷嘴的喷射性能进行对比测试与分析，指出进口主喷嘴的喷射性能优于国产主喷嘴，并分析了两者存在差距的原因[2]。

2007年，苏州大学的袁东栩分析了在相同的供气压力下，喉部截面面积，导纱管长度，导纱管孔径对主喷嘴芯出口气压和气流速度的影响。同时提出了如表1所示的主喷嘴优化模型。

2010年，苏州大学的张科提出了如图1所示锥型孔导纱管，并从理论上论证了该导纱管在性能上优于传统的圆柱型导纱管。

2013年，苏州大学的徐存强搭建了实验平台，通过对每段纬纱进行两次静态牵引力测量，求得五种不同种类纬纱在不同供气压力下距主喷嘴轴向射流方向75mm至150mm段每25mm长度上所受纬纱牵引力[3]。根据实验测试结果推导出纬纱的摩擦因数计算公式为Cf=2？驻F/（？仔d？籽V2？驻L）。

2.2 国内辅喷嘴引纬流场的研究

由于辅助喷嘴的耗气量一直占据着喷气织机总体耗气量的百分之七十左右，所以从上个世纪喷气织机诞生以来，关于主、辅喷嘴的引纬流场的研究就一直没停过。

2010年东华大学的吴重敏、陈革研究团队用计算机模拟仿真的方法分别对主喷嘴和四种不同孔型的辅喷嘴进行流场分析[4]，同时用实验的方法测出单孔形辅喷嘴在65mm和75mm间距的条件下引纬流场内各点的速度分布。

2010年浙江理工大学的刘承文分别对“单个辅喷嘴喷射气流场”和“多个辅喷嘴喷射气流进入筘槽后形成的合成气流场”进行数值模拟，提出了针对辅喷嘴引纬流量的一系列优化原则。同时他们也提出了新的评价指标――“效率比”■：■：■，即每增加一单位参数（如喷射角、供气压力、辅喷嘴间距等）对平均速度增长率、平均紊流强度增长率、平均耗气量增长率的影响。

2012年苏州大学的谭保辉用模拟仿真的方法对十款不同孔形的辅助喷嘴的喷气流场分析，其限制条件为“各款辅助喷嘴的总孔面积相等”[5]。通过比较不同孔形的辅助喷嘴在不同气压下的性能，得出在0.2MP和0.3MP下七孔形最优，在0.4MP下九横孔型最优的结论。

2012年浙江理工大学的汪旺则在2010年刘承文等人的基础上改进[1]，采用了有间隙的异形筘模型，通过模拟仿真的方法得出在0.49MP，65mm间距的条件下可满足高速引纬的需求，同时得出半封闭和有筘片的结构更有利于引纬，采用单个渐缩型喷孔可增强对气流的约束能力。

2014年苏州大学的王卫华等人针对辅助喷嘴引纬工艺，对辅助喷嘴与异形筘组合流场进行了数值模拟与理论分析[6]。结果表明：随着喷向角、供气压力的增加，组合流场产生更强大的气流，其气流速度逐渐增大，这不仅有利于改善气流合成质量，还使纬纱能够贴近筘槽内侧平稳飞行。

3 国外引纬流场的研究

国外关于高速引纬流场的研究从上个世纪80年代就开始，到90年代末期达到最盛。

这段时间最有名的当属日本M. Ishida与A. Okajima的研究团队。他们对主喷嘴引纬流场做了较为细致的研究，通过对主喷嘴外壁开槽的方式来测量管壁的静压，计算了不同位置的气流速度，对不同部位的流动进行了分析。他们还通过纹影法对射流中的激波进行了拍摄，观察了射流核心区的范围。

但是，通过实验获得的数据很有限。搭建实验平台需要庞大的资金，同时为了获得可靠的数据对实验者的要求也比较高。因此进入了21世纪后，通过CFD对引纬流场进行仿真也就成了趋势。

韩国的Oh、Kim分别对于主喷嘴内的引纬气流进行了二维数值计算。他们的计算结果验证了Ishida等人对喷嘴内流场的研究结果。但是他们使用的是简化模型，忽略了导管对纬纱运动的影响。

Belforte和Mattiazzo也对主喷嘴流场进行了仿真，但他们更侧重于分析不同紊流模型的适用性。通过比较计算结果和实验数据，他们得出S-A模型适合于揭示流场的分布；而标准k-ε模型与非平衡壁面函数相结合，适合分析紊流边界层。这对利用CFD手段来优化喷嘴结构设计有一定指导作用。

虽然国外也有很多学者对主、辅引纬流场和辅喷嘴孔型进行了CFD三维模拟仿真，但除了使用的模型和材料设置参数略有不同以外，其结果整体上和国内学者得出的结论并无太大差异。

4 结束语

作者总结了最近十几年来国内外学者关于喷气织机主、辅喷嘴的研究成果。虽然这十多年来关于引纬理论已取得不少成果，但真正能反映到实际生产应用的少之又少，这主要受限于我国相对落后的机加工水平。2008年以后国外关于主、辅引纬流场的研究就鲜有报道了。相比之下，国外的研究者更热衷于新技术和新元器件的开发，比如在过去的十年内就诞生了RTC（纬纱实时控制）装置、串联主喷嘴、双重空气压缩系统和锥形喷嘴等技术，如今有不少已经成为高档织机的标配[7]。高档织机的智能化也是当今的趋势，如何开发更耐用的电磁阀，更高效的系统成为了他们关注的焦点。

国内喷气织机研究仅仅止于现有的引纬流场的理论分析是不够的。未来的研究更多应该集中在优化加工工艺和以及开发喷气织机的电控系统上，这才是国产喷气织机的出路。

参考文献

[1]汪旺.喷气织机辅助喷嘴气流场及数值仿真[D].浙江理工大学，2012.

[2]国内外喷气织机主喷嘴喷射特性的测试与分析[J].西安工程大学学报，2008，32（6）341-344.

[3]徐存强.气流引纬主喷嘴内纬纱牵引及飞行速度研究[D].苏州大学，2013.

[4]吴重敏.喷气织机引纬流场的研究[D].东华大学，2010.

[5]谭保辉.喷气织机辅助喷嘴流场分析及结构参数优化[D].苏州大学，2012.

[6]王卫华.喷气织机辅助喷嘴引纬流场分析及纬纱牵引实验研究[D].苏州大学，2014.

[7]徐浩贻.喷气织机节能现状与展望[J].纺织学报，2010，31（9）：148-150.