喷嘴周围气流速度的变化特性

在喷嘴高速旋转的过程中，会引起周围空气的运动变化，这可能对射流纤维的运动产生一定影响，因此对喷嘴周围空气域的运动情况进行分析。图6-28为3500 r/min转速下喷嘴周围空气的速度变化云图。图6-28（a）为喷嘴纵截面处的空气速度变化云图，图6-28（b）为喷嘴横截面处的空气速度变化云图。

从仿真结果可以看出，随着喷嘴的旋转，喷嘴周围的空气存在速度梯度。靠近喷嘴处的空气流速较大，远离喷嘴的空气流速较小，远端空气的运动速度很小。喷嘴口处空气流速与射流纤维运动速度相近，空气阻力的影响较小，而远离喷嘴周围的空气流速较小，射流纤维与周围空气存在一定的速度差，将会在一定程度上阻碍纤维的射流运动。这说明射流过程中空气阻力的影响需要得到深入的考虑。

图6-27　不同纺丝溶液浓度下的射流运动速度分布图

(www.xing528.com)

图6-28　3500 r/min转速下喷嘴周围空气的速度变化云图

图6-29为6500 r/min转速下喷嘴周围空气速度变化云图。从仿真结果可以看出随着转速的增大，空气速度的变化范围将扩大，且喷嘴周围的空气速度更快。空气速度的变化趋势与3500 r/min转速下的相似。从图6-29（a）中可以看出，与喷嘴处于同一层位置的空气流速变化较大。由于喷嘴靠近上部，射流纤维的快速运动会带动气流速度发生变化。喷嘴的旋转运动对喷嘴下方的气流运动影响较小。

图6-29　6500 r/min转速下喷嘴周围空气速度变化云图

然而在本次仿真过程中，只建立直径为1 mm、长度为10 mm喷嘴模型的旋转引起的空气速度变化，较小的模型尺寸仿真出的空气速度变化较小。实际上，在高速旋转过程中体积较大的纺丝溶液罐体将会引起大范围的空气速度的变化，这在仿真中并未得到模拟。因此实际上的空气域流速应更大，被旋转的罐体和喷嘴所影响的空气域范围应更广，空气流速与射流纤维的速度差应当更小，空气阻力的影响效果相比于本次仿真结果应当较小。但由于电动机旋转而产生的气流速度变化规律是一致的。