基于Fluent的螺旋形喷嘴熔喷流场的数值模拟和试验
基于FLUENT的喷气织机主喷嘴气流场分析
一
如图 １ 示。 所
一
．
图 １ 喷气织机主喷嘴结构示意图 … 一 … … … … 一
喷气 织机 主 喷嘴 由喷嘴 芯 Ａ、 喷嘴体 Ｂ和导 纱管 Ｃ三部 分构 成 。 由储 纬器 引来 的纬纱从 纬纱入 口 １ 进 ３ 入 引纬流 道 １ 。 由主气 包来 的高 压气 流从 入 口 １ ２ 进入 第一 气 室 ２ 产生 高速 涡流 ； ， 经整 流 槽 ３进 行 整流 ， 使
０ 引言
喷气织机主喷嘴喷射气流的主要作用是加速纬纱飞行 ， 利用主喷嘴喷射气流 的高速性和稳定性， 将喷射 气流的动能传递给纬纱 ， 使纬纱在主喷嘴喷射气流的作用范围内加速到与车速和引纬时间相适应 的飞行速 度 。而纬纱 飞行 的速度 及稳定 性对 引纬质 量和 织机效 率 至关 重 要 ， 因此分 析 主 喷嘴 喷射 气 流 的流 场 分布 和 流速， 对提高喷气织机的纬纱速度和稳定性具有十分积极的意义。 目前 ， 喷气织 机 主喷嘴气 流流场 的相关 数据 主要 是通 过实 验测试方 法来 获得 的 。在 实验 测试 方法 中 ， 由 于在 流场 中 的传感 器或 探针对 流场 会造成 一定 的干扰 ， 而影 响 了最 后所 得 到 的关 于流 场 的相 关 数据 的准 从 确性 。 ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ是 目 前处于世界领先地位的 Ｃ Ｄ Ｃ ｍ ｕａｏ ａＦｕ ｙ ａ ｃ， Ｆ （ ｏ ｐｔ ｉ ｌ ｌ ｄ ｎｍｉ 计算流体动力学） ｔｎ ｉＤ ｓ 软件之一 ， 广泛运 用 于各种流 体流 动 、 传热 、 燃烧 等 问题 … １。 本文就是将 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件应用于喷气织机主喷嘴气流流场 的数值模拟， 为实验研究提供指导， 节省实 验所需要 的人力、 物力和时间 ， 使之能够对实验结果 的整理和规律的得 出起 到很好 的指导作用 ， 同时可进一 步提高 实验结 果 的精确度 判断 。
Fluent雾化喷嘴数值仿真研究
F l u e n t雾化喷嘴数值仿真研究This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020Fluent雾化喷嘴数值仿真研究FLUENT 提供五种雾化模型：平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)压力－旋流雾化(pressure-swirl atomizer)转杯雾化模型(flat-fan atomizer)气体辅助雾化(air-blast/air-assisted atomizer)气泡雾化(effervescent/flashing atomizer)所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。
对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。
但对FLUENT 的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。
喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。
随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。
所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围），颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向。
这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。
在喷嘴附近，液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀，这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。
平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)模型平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。
但对于其内部与外部的流动机制却很复杂。
液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。
这个看似简单的过程实际却及其复杂。
平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以及回流区（flipped。
不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。
喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。
Fluent雾化喷嘴数值仿真研究
Fluent雾化喷嘴数值仿真研究FLUENT 提供五种雾化模型：•平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer）•压力－旋流雾化（pressure-swirl atomizer)•转杯雾化模型(flat—fan atomizer）•气体辅助雾化(air-blast/air—assisted atomizer)•气泡雾化（effervescent/flashing atomizer)所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数(例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。
对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。
但对FLUENT 的非雾化喷射入口来说,液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。
喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。
随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。
所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围)，颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向。
这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。
在喷嘴附近,液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀,这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。
平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer）模型平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。
但对于其内部与外部的流动机制却很复杂.液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴.这个看似简单的过程实际却及其复杂.平口喷嘴可分为三个不同的工作区:单相区、空穴区、以及回流区(flipped。
不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。
喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角.每种喷雾机制如下图示（图1、2、3）：图1 单相流雾化喷嘴流动(液体完全充满喷头内部）图2 空穴喷嘴流动（喷头倒角处产生了空穴）图3 返流型喷嘴流动（在喷头内,下游气体包裹了液体喷射区）压力－旋流雾化喷嘴模型另一种重要的喷嘴类型就是压力－旋流雾化喷嘴。
旋流式喷嘴内流场的数值模拟_徐刚
研究与探索旋流式喷嘴内流场的数值模拟徐 刚,吴伟亮(上海交通大学,上海200240)摘 要:基于单流体模型,建立了旋流式喷嘴内流场的数学模型,应用V OF方法捕获气液分界面进行数值计算,模拟喷嘴出口处空气锥形状和气液分界面,得到了一组流量与喷嘴工作压降的关系曲线,其结果与前人的经验相符合。
关键词:单流体模型;旋流式喷嘴;数值计算中图分类号:T K16 文献标识码:A 文章编号:1005 7439(2008)03 0129 04Numerical Simulation of Internal Flow Field in Swirl AtomizationXU Gang,WU Wei Liang(Shang hai Jiaot ong U niv ersity,Shang hai200240,China)Abstract:N umer ical simulation of t he inter nal flo w in a sw ir l ato mization was car ried o ut by using the single fluid model,in w hich the g as liquid int erface was distinguished by g as liquid mix tur e fractio n.T he st ruct ur e o f the flow field,which co nsists of liquid film and g as co re,w as obtained.Flux pressur e curve was predicted,w hich show goo d ag reement w ith for mer research.Keywords:Sing le fluid mo del;Sw ir l atom izer;N umerical calculatio n旋流式喷嘴是实现液体雾化的有效途径之一,与气动式喷嘴相比,它因结构简单、动力消耗低和雾化效率高而被广泛应用于石油、化工、食品、环保及消防等行业。
基于FLUENT3D生物打印喷头内部流场的数值模拟分析
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文章编号:2095-4344(2018)02-00274-07
Liu DF, Zhou JP, Shi HC, Xu XD, Jiang YN, Zhang Q. Numerical simulation analysis of the internal flow field of a 3D biological printhead based on FLUENT. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2018;22(2):274-280. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344. 0018
Corresponding author: Zhou Ji-ping, Professor, Doctoral supervisor, College of Mechanical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, Jiangsu Province, China
Abstract BACKGROUND: With the development of 3D printing technology, organ and tissue construction can be achieved by constructing a three-dimensional scaffold that is conducive to cell growth. OBJECTIVE: To solve the scaffold over-accumulation during 3D printing.
Liu Dong-fang, Studying for master’s degree, College of Mechanical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, Jiangsu Province, China; College of Animal Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu Province, China
基于Fluent的辅助喷嘴气流流场数值模拟
基于Fluent的辅助喷嘴气流流场数值模拟
陈革;吴重敏;沈军;罗军
【期刊名称】《纺织学报》
【年(卷),期】2010(031)008
【摘要】为研究喷孔形状对喷气织机辅助喷嘴喷射效果的影响,利用Solidworks 建立辅助喷嘴喷射流道的几何模型,并通过Fluent采用RNG k-ε二方程湍流模型对高压高速可压缩的气流三维模型进行数值模拟.模拟结果表明,对于等效温度下的高压理想气流,在相同供气压力下,随着辅助喷嘴管内截面积的减小,管内气体速度反而增加,所研究的4种孔型的辅助喷嘴气流射出能力依次为7圆孔型>单矩形孔型>双圆孔型>单圆孔型.模拟结果可对喷气织机辅助喷嘴的优化提供参考.
【总页数】4页(P122-124,129)
【作者】陈革;吴重敏;沈军;罗军
【作者单位】东华大学,纺织装备教育部工程研究中心,上海,201620;东华大学,纺织装备教育部工程研究中心,上海,201620;中国纺织机械股份有限公司,上海,200090;中国纺织机械股份有限公司,上海,200090
【正文语种】中文
【中图分类】TS103.3
【相关文献】
1.基于Fluent低压旋流喷嘴下游流场数值模拟及分析 [J], 董星涛;李超;朱健;付方凯;洪张舟
2.基于Fluent的可吸收缝合线射流喷嘴的流场数值模拟 [J], 隋修武;王硕;李瑶;胡秀兵
3.基于FLUENT的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析 [J], 郭杰;冯志华;曾庭卫
4.基于FLUENT的喷气织机主喷嘴气流场分析 [J], 袁东栩;袁渊;冯志华
5.基于Fluent的除鳞喷嘴内部流场数值模拟 [J], 付曙光;卢云丹;程翔
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基于FLUENT的旋流喷嘴螺旋段参数优化
Equipment Manufacturing Technology No.3,2021基于FLUENT的旋流喷嘴螺旋段参数优化许永阳，张鹤鹏，苗永卫(长安大学机械学院，西安710054)摘要:道路建设的路基施工阶段，由于自然环境和施工扰动等因素，会产生大量的扬尘，为了抑制杨尘会在扬尘源四周 布置喷雾系统。
为了分析旋流喷嘴螺旋段的参数对喷嘴性能的影响，使用F L U E N T进行仿真分析，以喷嘴出口处的速度 与湍动能作为评价指标。
结果表明：为了得到更好的雾化效果，螺旋角在20。
~30。
范围内较为适宜；螺旋段过长，或者 螺旋段孔径太小，都会减弱喷嘴的雾化效果。
参数合理旋流喷嘴可以使流体加速并且形成湍流，有利于生成水雾颗粒。
关键词：喷嘴；数值模拟；参数优化中图分类号:T P391 文献标识码:A1背景道路建设的路基施工阶段，存在大量裸露的自 然土体。
在路基的施工阶段，需要做清除地表障碍物 之类的场地清理工作，为工作人员修建生活和施工 用房。
还有路堑挖掘成型、土的运输、路堤填筑、路面 压实等强度剧烈的施工。
这些过程中使用了配套的 工程机械，会产生大量的扬尘，经常能够看到尘土飞 扬的场面。
而且这一阶段施工所需的时间较长，并且 开始下一阶段的施工也有一个间隔，这个时期内如 有一定强度的绕动，例如有自然风或者运输车辆行 驶而过，前一阶段产生后又沉降的积尘也会再次启 扬。
道路扬尘会影响城市景观，降低可见度，损害人 的身体健康，破坏生态环境夂为了抑制扬尘，施工道 路会采取一些措施，比如定时洒水，布置围挡结构物 和喷雾系统等。
喷嘴作为喷雾系统中对雾化性能影 响最重大的部分，有许多关于这方面的研究[M|。
本文 使用计算流体动力学软件F L U E N T对影响喷嘴性能 的结构参数进行分析。
2几何模型与参数设置为了加强喷嘴的雾化能力，在其结构中加入螺 旋管道加以辅助。
流体在压力驱动下进入螺旋管道，在螺旋管道中产生强烈的旋转运动，然后从喷嘴中 喷出，在离心力的辅助作用下形成湍流、产生雾化，可以达到较好的雾化效果|51。
基于FLUENT的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析
第29卷第2期苏 州 大 学 学 报(工 科 版)V o l.29N o.2 2009年4月J O U R N A LO FS U Z H O UU N I V E R S I T Y(E N G I N E E R I N GS C I E N C EE D I T I O N)A p r.2009文章编号:1673-047X(2009)-02-038-05基于F L U E N T的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析郭 杰1,冯志华1,曾庭卫2(1.苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021;2.宝时得机械(苏州)有限公司,江苏苏州215021)摘 要:采用流体动力学计算软件F L U E N T,对喷气织机主喷嘴引纬气流场进行较完整的三维数值模拟,与相关文献的实验值进行比较,结果证明了基于F L U E N T软件对喷气织机主喷嘴的气流流场进行数值分析的有效性与可行性,而且数值仿真优点较试验更全面,可解释喷嘴芯出口处的压力降低等试验难以观察的现象,为主喷嘴的设计提供了理论指导。
关键词:喷气织机;主喷嘴;F L U E N T;三维数值模拟中图分类号:T S103.33+7;0358 文献标识码:A0 引 言计算流体力学(C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s,C F D)技术的发展为喷气织机主喷嘴的多维理论研究带来新思路和新方法。
传统喷气织机主喷嘴的分析以实验为基础,分析的周期较长,试验的费用较高。
随着计算机内存和并行技术的发展,数值模拟开始更为广泛地应用于节流装置的设计和流场分析中[1]。
C F D是一种有效地研究流体动力学的数值模拟方法,它大大减少了试验费用、时间。
近年来,C F D越来越多地应用于流体设备的设计和流场的分析中,在计算机上完成一次完整的计算及分析,就相当于在计算机上做一次物理实验,数值模拟可以形象地再现流动情景[2]。
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基于Fluent的螺旋形喷嘴熔喷流场的数值模拟和试验杜利娟;曾泳春【摘要】In the melt blowing process, the velocity and temperature of air flow field play direct role in fiber drawing and refining. In order to study the characteristics of the melt blowing flow field of a swirl nozzle, a geometrical model of a swirl die is created with Gambit, and the compressible turbulent air-jet with high velocity is simulated with standard κ -ε model based on Fluent. Experiments are done to verify the simulation results. The results reveal that the simulation is basically consistent with the experimental results. The simulation study can provide a forecast for experiments, and provide a reference for optimizing parameters of the melt blowing die.%在熔喷技术中气流场速度和温度的变化对纤维的拉伸细化有直接的影响.为研究螺旋形喷嘴熔喷流场的变化情况,利用Gambit建立几何模型,通过Fluent采用标准κ-ε两方程模型对高压、高速可压缩的气流场进行三维数值模拟,并通过试验测量对模拟结果进行验证.结果表明模拟和试验趋势变化基本吻合,模拟研究可实现预测流场特点及变化规律,还可为模头的优化设计提供参考.【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(038)006【总页数】7页(P676-682)【关键词】螺旋形喷嘴;熔喷;流场;数值模拟【作者】杜利娟;曾泳春【作者单位】东华大学纺织学院,上海201620;东华大学纺织学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TS174.1熔喷技术是生产非织造材料的一种方法，在熔喷纺丝过程中，高压、高温气流作用于熔融聚合物，使得聚合物射流拉伸变细，然后逐渐凝固成丝，气流的速度和温度是熔喷气流拉伸模型中的重要条件，而喷嘴的结构又将影响气流的速度和温度分布.现有文献对熔喷气流场的研究多集中于常见的环形喷嘴[1－3]和狭槽形喷嘴[4－6]，而对螺旋形喷嘴的研究较少.文献[7]指出，螺旋形喷嘴主要应用于控制黏合剂以特定的形态沉淀附着在某种基质上，螺旋形喷嘴的流体动力学是一个非常复杂的湍流形态，且这种复杂可能是由气体的螺旋性、局部高速性、喷嘴微小的尺寸特征和复杂的几何特征引起的.为了探讨这种特殊的喷嘴对于熔喷流场及纺丝的作用，本文以螺旋形喷嘴为研究对象，对气流场的速度和温度进行数值模拟和试验验证.1 数值模拟1.1 熔喷流场几何模型的建立及网格划分螺旋形喷嘴的几何结构及尺寸如图1所示.数值模拟所采用的软件是Fluent 6.3，它是用于模拟和分析在复杂几何区域内的流体流动与热交换问题的专用计算流体动力学（CFD）软件[8].其中，Gambit为Fluent的前处理软件，用于模型建立和网格划分.螺旋形喷嘴具备周期性旋转的几何特点，为方便计算及节省时间，取其中的1／6为模型，系统坐标原点为喷嘴中心，x轴穿过进气孔中心面，y轴垂直于x 轴，z轴正方向垂直于喷嘴表面向上.整个喷嘴下方的计算区域定义为一圆柱形，高度为70mm，圆面直径为D，进气孔入口直径为d，旋转角度为θ，6个进气孔以α（60°）等角度排列在喷嘴聚合物入口的周围，如图2所示.图1 螺旋形喷嘴结构Fig.1 Structure of swirl nozzle图2 螺旋形喷嘴CFD模型Fig.2 CFD model of swirl nozzle网格划分中，面网格为四边形和三角形非结构性网格，体网格通常采用四面体和六面体网格，但螺旋形喷嘴因其较为复杂的几何形状，不适合在整个计算区域内使用同一类型的网格.本文采用混合型体网格，即在靠近模头面区域采用六面体网格，其余采用四面体网格.初始化网格数量为1 468 794.1.2 边界条件的设置熔喷流场属于稳态流动，不需要设置初始条件，计算区域的边界条件设置如图3所示.入口处压力为141.855kPa，在该压强下空气可压缩，材料属性设置为可压缩理想气体.由于整个区域关于中心轴周期性旋转，因此，取其中的1／6模型进行计算.具体边界条件如下所述.（1）压力入口边界：喷嘴入口处由空气压缩机提供高温高速气流，为压力入口边界.根据Fluent中各项参数条件的定义，设置6个喷嘴的入口总压均为141.855kPa，温度为473K，气流速度入口方向与螺旋气孔倾斜角度一致.压力入口的脉动强度为10%，根据喷孔直径设置水力直径为0.5mm.（2）压力出口边界：气体射流从螺旋喷嘴射出后，在喷嘴下方区域自由扩散，气体出口边界为大气环境，因此出口压力为101.325kPa，温度为300K，压力出口脉动强度为10%，根据喷嘴表面直径设置水力直径为30mm.（3）周期性边界：由于本文建立的是喷嘴的1／6部分，因此存在两个周期性旋转界面，界面类型设置为Rotational，压力变化为0Pa.（4）壁面边界：喷嘴的其余面设置为壁面，保留默认设置.图3 螺旋形喷嘴流场的边界条件Fig.3 Boundary conditions of the flow field of swirl nozzle1.3 求解器与计算模型Fluent默认使用分离式求解器，但对于高速可压缩理想气体的流动，耦合求解器更为合适.本文采用基于密度的隐式求解器.熔喷流场为湍流模型，选择标准κ－ε模型，波动参数Cε1和Cε2分别为1.24和2.05[9].迭代的初始柯朗数“Courant Number”设为1，离散格式为一阶迎风，然后根据迭代稳定性的提高可逐渐调大Courant Number来加快收敛速度，同时将离散格式改为二阶迎风来提高迭代精度.1.4 计算与收敛判断在Fluent中设置上述参数条件后，开始初始化迭代计算.计算的收敛可通过残差曲线来判断，通常残差达到10－3即可认为达到收敛.同时设置入口和出口质量监视曲线，对方程组解的收敛过程进行实时监测，并根据出现的问题调整相关设置，直至达到指定收敛精度，迭代结束.本次模拟在迭代70 000次后质量流量基本保持在0左右，说明进口与出口的气体流量符合质量守恒.计算90 000次后，残差曲线波动基本保持不变，且各指标残差均达到10－4以下，则判断解收敛.2 螺旋形喷嘴流场的试验测量本文对熔喷流场的测量采用丹麦丹迪公司设计生产的热线风速仪，型号为 Dantec CTA／HWA（Streamline），包括 Dantec StreamLine CTA 90C10测速模块和Dantec StreamLine CTA 90C20测温模块.熔喷设备是实验室自行设计的熔喷实验机.熔喷设备中空气压缩机提供的高压气体被熔喷机加热后从喷嘴的6个进气孔中喷出，汇聚在喷嘴下方，安装在喷嘴下方三维支架上的热线探头对流场进行测量.探头直径为5μm，探头支架的宽度为1.2mm，支架移动精度为0.01mm，试验设备配置如图4所示.图4 试验配置图Fig.4 Experimental configuration螺旋形喷嘴的气流集中在喷嘴中心线附近，因此，测量x-z平面和y-z平面，两平面上的测量点分布相同，分布范围为－30.0mm≤x≤30.0mm；－30.0mm≤y≤30.0mm；7.5mm≤z≤70.0mm.由于靠近喷嘴中心附近流场变化较快，在x轴和y轴方向上，对区域－8.0mm≤x≤8.0mm和－8.0 mm≤y≤8.0mm 进行加密测量，每隔1mm测量一个点，其他区域内每隔5mm测量一个点，共计27个点；在z轴方向上，每隔2.5mm测量一个点，共测26个点.x-z平面上测量点分布如图5所示.由于x和y方面的测量点分布相同，故y-z平面上的测量点分布同图5.图5 螺旋形喷嘴试验测量点分布Fig.5 Distribution of experimental measuring position of swirl nozzle3 结果与讨论3.1 模拟结果显示与分析图6 螺旋形喷嘴熔喷流场的速度等值图Fig.6 Velocity contours of the melt blowing flow field of swirl nozzle为了清楚直观地反映螺旋形喷嘴核心区域的流场变化，在Fluent中取周期旋转面的速度和温度等值图，如图6和7所示.由图6和7可以看出，气流场具有自由发散的特性，即高温、高速气流从螺旋喷嘴喷出后的开始阶段主要集中在喷嘴中心线附近正下方区域，并且温度和速度都较大，随着到喷丝板距离的增大，射流逐步向周围环境扩散，温度扩散的范围大于速度，同时速度和温度值发生衰减，最终发散到大气环境中.图7 螺旋形喷嘴熔喷流场的温度等值图Fig.7 Temperature contours of the melt blowing flow field of swirl nozzle聚合物从喷嘴挤出后主要在中心区域内运动，为表征纤维在流场中的运动情况，需研究射流喷射后的运动情况，流场迹线如图8所示.从图8可以看出，6股气流射出后分别单独旋转流动一段距离后在某一位置合并，然后在很小的一段距离内保持螺旋形衰减直至最终合成一股气流向下流动.为更加清楚地说明气流的这种运动，取靠近喷嘴附近的速度矢量图，如图9所示.由图9可清楚地看出，气流在喷出至合并之前，存在一个极小的“回旋气流”区域，使得这部分流场不稳定，而出现反向流动的气流，此时各气流单独流动，使得回旋区域的流场速度值很小（图中黑色圆环标出的部分），最大速度仍然存在于气体的流入方向.综合图8和9可以看出，与工业生产中常见的狭槽形喷嘴和环形喷嘴气流场相比，螺旋形喷嘴气流场具有如下特点：（1）6股气流从喷嘴喷出后，具有各自的旋转区域；（2）6股气流在“合并点”之初开始逐渐汇聚为一股气流，汇聚后在一段距离内保持旋转的特点；（3）在距离喷嘴较远处的流场远端，气流的旋转特点消失，最终合并为一股向下发散的气流并快速衰减.图8 螺旋形喷嘴流场轨迹Fig.8 Pathlines of the flow field of swirl nozzle图9 螺旋形喷嘴附近区域的速度矢量图Fig.9 Velocity vector near the center of swirl nozzle靠近喷嘴附近不同z位置上的速度和温度变化如图10所示.由图10（a）可以看出，在z＝1mm和z＝3mm时，x轴上的速度曲线呈“双峰”状态，这就解释了前面提到过的回旋区域，此时中心点处的速度值最小；在z＝5mm时，曲线变为单峰，则可认为此时气流达到“合并点”.合并点之后的速度曲线都呈单峰状，并且随着z 值不断增加，速度不断下降.图10（b）中显示的温度曲线与速度曲线的规律不同，不同z值的温度曲线都呈现单峰状，越靠近中心温度越高，并没有出现单双峰更替出现的情况，且随着z值的不断增加，温度呈现不断下降的趋势.这是因为温度为标量值，并不受回旋气流方向的影响，这也验证了HIETEL等[10]的研究.3.2 模拟结果与试验结果的对比为了验证数值模拟的有效性，将模拟数据与试验数据进行对比，结果如图11～14所示.图11为熔喷流场中心线（x＝0，y＝0）上速度和温度衰减的对比.试验中速度从z＝7.5mm开始，共测量26个点.温度测量时，由于对气体进行加热使得靠近喷嘴区域的气体温度过高，容易导致热线探头金属丝的断裂，因此，温度测量从z＝17.5mm开始，共测量22个点.从图11可以看出，速度模拟值小于试验值，温度模拟值大于试验值，但衰减趋势基本吻合.造成这种现象的原因，可能是本文对于螺旋形喷嘴的数值模拟选择了湍流中最常用的κ－ε模型，但由于螺旋形喷嘴本身几何机构的复杂性，以及所产生的螺旋形气流的复杂性，κ－ε模型并不一定是最合适的模型.在后续的研究中，还需要尝试其他模型进行模拟并选出更为合适的计算模型.图12～14显示了不同z位置上流场的速度和温度沿x轴的分布.由图12～14可以看出，沿x方向，越靠近喷嘴中心，速度和温度值越大，变化主要集中在－5mm≤x≤5mm区域内；沿z方向，温度和速度值均随着与喷丝板距离的增大而逐渐衰减，但速度的衰减大于温度.同时也可以看出，试验和模拟结果的变化趋势基本吻合.显然，试验中的测量点都在“合并点”之后，所以无论是速度曲线还是温度曲线都呈单峰状分布.综上所述，在合并点之前，速度曲线呈双峰形状，说明速度在中心线位置相对于其他位置较小，而在合并点之后的速度都呈单峰状，说明在同一水平位置上中心线的速度最大，且随着z值的增大速度逐渐衰减；对于温度分布，合并点之前是整个熔喷流场温度达到最大的区域，但温度的衰减也是在合并点之前就已经开始.4 结语本文采用Fluent软件对螺旋形喷嘴熔喷流场进行了数值模拟及试验测量，并由三维模拟的计算结果对气流的温度和速度进行了分析，将模拟结果与试验结果进行对比，得出下述结论.（1）Fluent软件能够实现对螺旋形喷嘴气体的流动情况和速度、温度变化的数值模拟，这对节省试验成本和时间有重要意义.（2）通过数值模拟可知螺旋形喷嘴的熔喷流场具有螺旋特点，在流动过程中各股气流首先单独旋转流动，然后开始接触合并且在很小的一段距离内依然保持螺旋性，最后完全融合衰减，这在试验中难以观察到；（3）数值模拟与试验结果的对比在趋势变化上趋于一致，基本吻合，在试验条件受限的情况下，可用来反映和预测熔喷核心区域流场的变化特点和规律，这为分析纤维在流场中的运动、改进聚合物的挤出条件、优化模头设计将提供重要依据；（4）数值模拟与试验结果的对比在数值上存在一定差异，并且流场速度的测量值大于模拟值，温度的测量值小于模拟值.造成这种差异的原因，可能是本文对于螺旋形喷嘴的数值模拟选择了湍流中最常用的κ－ε模型，但螺旋形喷嘴本身结构以及所产生的螺旋形气流的复杂性，可能需要尝试多种其他模型进行对比以寻找更为合适的模型.本文仅作为对螺旋形喷嘴气流场的初探，对湍流模型的选择有待在后续的研究中做进一步的探讨.参考文献[1]UYTTENARELE M A J，SHAMBAUGH R L.The flow field of annular jets at moderate Reynolds numbers[J].Industrial ＆Engineering Chemistry Research，1989，28（11）：1735-1740.[2]MAJUMDAR B， SHAMBAUGH R L. 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