【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纺纱设备，具体为一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法。
技术介绍
1、在纺织工业中，纺纱是将纤维加工成纱线的关键工艺。气体涡流纺纱装置作为现代纺纱技术的重要组成部分，以其高效、快捷、稳定的纺纱特点，逐渐受到行业的广泛关注和应用。然而，传统的气体涡流纺纱装置在设计和制造过程中，存在着纱线质量不稳定、生产效率低、设备使用寿命短以及维护成本高等问题。
2、气体涡流纺纱技术通过高速旋转的气流来捻合纤维，形成纱线。这一过程中，气流的稳定性和纱线的包缠效果直接影响到纱线的质量。如何优化气流路径，减少纱线的摩擦和张力波动，成为提高纺纱质量和效率的关键。传统的设计方法多采用经验性设计，缺乏科学的优化手段，难以满足现代高效生产的要求。
3、鉴于此，本专利技术提供一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法。
技术实现思路
1、本专利技术解决传统气体涡流纺纱装置在设计和制造过程中存在的纱线质量不稳定、生产效率低、设备使用寿命短以及维护成本高等问题，提供一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，包括以下步骤：
4、步骤一：对引导体和涡流管进行分步设计内型面，将引导体内型面、涡流管内型面和涡流管喷气孔内型面进行组装生成第一纺纱装置内型面；
5、步骤二：对锥面体和引纱管进行分步设计内型面，将锥面
6、步骤三：基于动网格数值模拟第二纺纱装置型面，分析纤维的包缠和抱合效果，若效果符合预设，则设计完成，否则修正锥面体和引纱管的内型面，并重新模拟；
7、步骤四：3d打印与观察：基于高速相机观察3d打印各个内型面的引纱过程，若效果不佳，重复模拟与修正，直至效果符合预设；然后采用不锈钢或铝合金材料进行大规模3d打印生产。
8、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述引导体内型面的设计原理包括：
9、基于贝塞尔曲线确定引导体内型面对应控制点；
10、将b样条曲线的控制点作为贝塞尔曲线的控制点来进行插值，使用样条插值法计算b样条曲线的控制点；
11、通过调整控制点的位置，优化曲线的形状，引导体出口气流速度大小和方向可控。
12、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述涡流管内型面的设计原理包括：采用圆柱曲线+四次曲线+圆锥曲线组合的方式，得到连续曲线，
13、其中圆柱段轴向方向长度小于四次曲线轴向长度，四次曲线轴向长度小于圆锥段轴向长度。
14、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述涡流管喷气孔内型面的设计原理包括：
15、采用三次曲线设计，三次曲线径向半径r通过公式获取，公式为：
16、
17、其中：r1表示涡流管喷气孔内型面的入口半径，r2为涡流管喷气孔内型面s3出口半径，l表示涡流管喷气孔内型面s3的长度；ω为入口收缩角，收缩段曲线入口处切线与水平轴线的夹角，范围为15°到30°；x为入口处到半径r处的横坐标。
18、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述第一纺纱装置内型面的获取逻辑：
19、将引导体内型面、涡流管内型面和涡流管喷气孔内型面进行组装生成第一纺纱装置内型面，数值模拟第一纺纱装置内型面分析得到数值模拟结果，
20、若数值模拟结果对应流场中心区域涡量大于预设流场涡量，则设计型面满足要求，则获取第一纺纱装置内型面；
21、若流场中心区域涡量小于等于预设流场涡量，重新设计引导体内型面、涡流管内型面和涡流管喷气孔内型面，直到涡量值大于预设流场涡量。
22、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述锥面体内型面的设计原理：
23、所述锥面体内型面s4包括椭圆形曲线+圆锥曲线+圆弧曲线+圆锥曲线；
24、基于椭圆形曲线创建流线型的形状，减少流体流动中的湍流和涡流；
25、基于第一段圆锥曲线实现平滑过渡；
26、再采用圆弧曲线减少气流中的扰动；
27、第二段圆锥曲线实现进一步的平滑过渡，以确保气流路径的连续性，迭代地优化设计，直到达到所需的性能标准。
28、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述引纱管内型面的设计原理：
29、基于确定引纱管设计的性能要求确定控制点：将控制点代入6阶bezier曲线的数学表达式中计算，使曲线在y方向上单调递增，调整控制点以优化气流路径。
30、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述第二纺纱装置型面的获取逻辑：
31、所述动网格数值模拟采用三维动网格navier-stokes方程，基于动网格数值模拟第二纺纱内型面；
32、若纤维的包缠和抱合符合预设效果，则第二纺纱内型面标记为第二纺纱装置型面；
33、若纤维的包缠和抱合不符合预设效果，则修正锥面体内型面和引纱管内型面，直至纤维的包缠和抱合符合预设效果。
34、根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：锥面体内型面和引纱管内型面的修正逻辑为：
35、基于锥面体内型面的修正，包括修正椭圆曲线在x轴和y轴方向的半径，其中，x轴方向的半径修改范围在原x轴半径0.8～2倍之间；y轴方向的半径修改范围在原y轴半径0.5～2倍之间
36、x轴和y轴方向的半径同时增大或者缩小；
37、第一段圆锥曲线的方程的斜率k1按照1.05倍系数变化；
38、第二段圆锥曲线的方程斜率k1按照1.1倍系数变化；
39、基于引纱管内型面的修正，包括五个中间控制点，前三个控制点坐标使得斜率逐渐增大，斜率增加速率按照1.05倍速率增加；后两个控制点坐标使得斜率逐渐减小，斜率增加速率按照0.95倍速率减小。
40、第二方面，本专利技术提供一种气体涡流纺纱装置，基于第一方面的实现，包括引导体、涡流管、涡流管喷气孔、锥面体和引纱管；
41、引导体，基于贝塞尔曲线和b样条曲线设计引导体内型面；
42、涡流管喷气孔，基于圆柱曲线+四次曲线+圆锥曲线组合的方式设计涡流管内型面；
43、涡流管，基于三次曲线设计涡流管喷气孔内型面；
44、锥面体，基于椭圆形曲线+圆锥曲线+圆弧曲线+圆锥曲线设计锥面体内型面；
45、引纱管，基于6阶以上的bezier曲线设计引纱管内型面；
46、引导体连接涡流管，并在与涡流管连接处连接多个涡流管喷气孔，涡流管通过锥面体连接引纱管。
47、基于高速相机观察引纱过程，使用光固化树脂材料进行3d打印各个内型面，直至相机观察效果符合预设，则完成喷嘴内型面的表征设计；确定内型面后，采用不锈钢或铝合金材料进行大规模3d打印生产
48、与现有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述引导体内型面的设计原理包括：
3.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述涡流管内型面的设计原理包括：采用圆柱曲线+四次曲线+圆锥曲线组合的方式，得到连续曲线，
4.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述涡流管喷气孔内型面的设计原理包括：
5.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述第一纺纱装置内型面的获取逻辑：
6.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述锥面体内型面的设计原理：
7.根据权利要求6所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述引纱管内型面的设计原理：
8.根据权利要求7所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述第二纺纱
9.根据权利要求8所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：锥面体内型面和引纱管内型面的修正逻辑为：
10.一种气体涡流纺纱装置，基于权利要求1至9中任一所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法的实现，其特征在于：包括引导体(1)、涡流管(3)、涡流管喷气孔(2)、锥面体(4)和引纱管(5)；
...【技术特征摘要】
1.一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述引导体内型面的设计原理包括：
3.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述涡流管内型面的设计原理包括：采用圆柱曲线+四次曲线+圆锥曲线组合的方式，得到连续曲线，
4.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述涡流管喷气孔内型面的设计原理包括：
5.根据权利要求1所述的一种气体涡流纺纱器喷嘴的内型面气动设计方法，其特征在于：所述第一纺纱装置内型面的获取逻辑：
6.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：尚珊珊，李欣然，辛斌杰，陆赞，高伟洪，胡红艳，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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