1 纖維流通道的工作原理

為提高纖維在最終纖網中排列的雜亂度，氣流成網機的纖維流通道在結構上往往采用漸擴形文丘里管. 這種纖維流通道實際上是一種變截面管道，即纖維流通道中任意兩個截面的截面積都不相等，且纖維流通道從入口到出口呈逐步擴大趨勢，其工作原理圖如圖1 所示. 按流體力學原理，氣體在常壓下可視為不可壓縮的. 即：

因為S1＜S2，所以V1＞V2. 式中：Q1 為流入氣流量（m3/h）；Q2 為流出氣流量（m3/h）；S1 為截面1 的面積（m2）；S2 為截面2 的面積（m2）；V1 為截面1 處的氣流速度（m/h）；V2 為截面2 處的氣流速度（m/h）。

分散的單纖維隨氣流通過漸擴型文丘里管的纖維流通道，由于氣流的擴散而降低了流速，纖維的頭部速度減慢而尾部速度仍然很快，快速運動的尾部推動頭部運動，使原來頭尾按順序排列的纖維變成了無規則的雜亂狀態，同時由于吸風氣流的作用，使得纖維邊運動邊凝聚在轉動的凝棉器上形成纖網。

2 三維模型的建立及網格的劃分

纖維流通道內部流場的仿真模型相對簡單，可以使用Fluent 的前處理軟件Gambit 建立. 首先在Gambit中建立纖維流通道的三維模型，如圖2 所示；然后對纖維流通道的邊界層進行網格劃分，如圖3 所示；并對面網格進行劃分，如圖4 所示. 最后對其內部流場進行網格劃分，網格的劃分對纖維流通道的分析非常重要，若劃分不好則生成的殘差曲線不會收斂，得不出想要的結果. 纖維流通道內部流場的網格模型如圖5 所示. 然后檢查網格質量，若網格沒有較大的扭曲和變形，則說明網格質量較好. 網格劃分好后定義邊界類型，本模型只需要定義進出口邊界和壁面邊界，選擇面（Face.6）作為速度入口，定義其為VELOCITY_INLET，命名為in. 選擇面3（Face.3）作為自由出流口，定義其為OUTFLOW，命名為out. 將其余的面定義為壁面（WALL），命名為bimian.

3 Fluent 求解計算及仿真分析

3.1 Fluent 求解計算

將該劃好網格的模型導入Fluent 進行仿真分析，采用有限體積法對纖維流通道內部流場進行數值模擬. 湍流模型采用標準k-ε 二方程模型. 給入口一個初始速度21.7 m/s（所選風機風量為1 131~2 356 m3/h，本文選擇1 875 m3/h. 纖維流通道的入口面積為0.024m3，因此，纖維流通道入口風速為1 875 ÷ 0.024 ÷3 600 = 21.7 m/s），纖維流通道內壁定義為WALL 類型，采用無滑移邊界條件；流體介質為空氣，常溫下密度為1.225 kg/m3，運動黏度為1.789 4 × 10-5 .

所有參數設置完畢后，對流場進行初始化，初始化流場后進行迭代計算. 模型中各參數收斂較快，在計算到第351 步后曲線即達到了收斂，得到的殘差曲線圖如圖6 所示.

3.2 Fluent 仿真分析

曲線收斂說明模型可解，然后對模型進行內部氣流速度模擬仿真. 分別得到壓力云圖和軸向壓力散點圖，如圖7、圖8 所示.

根據壓力云圖和軸向壓力散點圖可以得知，在纖維流通道入風口處纖維流通道受到的壓力達到最大3 050 Pa，而靠近纖維流通道壁面處的壓力處于下降趨勢，隨著纖維流通道橫截面積的增加，靠近壁面處的壓力幾乎保持不變，到出風口位置處的壓力也是保持穩定不變的.

再對模型進行纖維流通道內部速度模擬仿真，分別得到速度云圖和軸向速度散點圖，如圖9、圖10 所示.

根據速度云圖和軸向速度散點圖可以得知，在纖維流通道入風口處氣流的速度達到最大21.7 m/s，而貼近纖維流通道壁面處氣流的速度可以視為0. 也就是說，壁面對氣流沒有產生影響. 隨著纖維流通道截面積的增加，氣流的速度也慢慢降低，在纖維流通道出風口，速度達到最低.

將仿真結果與實驗結果相比較，如表1 所示.

由表1 可以看出，仿真結果與實驗結果相差不大，說明仿真結果有效.

4 結論

（1）通過分析速度云圖和壓力云圖可知，速度逐漸減弱，壓力呈逐漸擴散趨勢. 因此纖維流通道采用漸擴型文丘里管結構符合氣流擴散的規律，適于塵籠均勻的集棉.

（2）以流體力學理論作為指導，用Fluent 有限元仿真軟件對纖維流通道內氣體的流動進行仿真，通過分析仿真結果，并與實驗結果相比較可知，仿真結果與實驗結果相差無幾，說明仿真結果有效.