U型與V型空氣噴嘴內部 可壓縮流場計算分析研究

Compressible Flow Calculations of the Internal Flow Field for U- and V-shaped Air-Jet Texturing Nozzles

黃建棠(Jian-Tang Huang)

指導教授 ： 趙修武

中原大學/工學院/機械工程研究所/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6840/cycu200700723

摘要

本研究目的在於以數值模擬方式進行空氣噴嘴內部流場特性解析。本研究假設空氣噴嘴內部流場為三維穩態流場，因為在實際機台上空氣噴嘴內流場速度很大，且紗支重量很小，所以本研究忽略重力現象與紗支對噴嘴內流場的影響。同時管內流場之雷諾數很大，所以邊界層厚度相當小，且紗線集束過程主要受到流場渦度所影響，其物理量主要為慣性力，所以本文忽略黏性所造成的影響。 同時空氣假設遵循理想氣體行為。本研究利用計算流體力學方法，以有限體積法離散控制方程式，流場中之變量，如速度和壓力，皆以卡式座標系統表示，流場變量僅儲存於每一個網格單元中心點上。在本研究中對於動量方程式、能量方程式以及連續方程式中對流項皆採用一階上風差分法來加以近似以穩定數值計算。並使用SIMPLE演算法，用於分離在控制方程組中之速度和壓力的偶合關係，如此得以計算噴嘴內部無黏性可壓縮流流場，並解析U型與V型流道噴嘴內部流場特性，接著與現有實驗結果進行比對驗證。

關鍵字: 空氣噴嘴、可壓縮流場計算、計算流體力學。

關鍵字

計算流體力學 ； 空氣噴嘴 ； 可壓縮流場計算

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In order to investigate the internal flow characteristics of air-jet nozzles, a numerical approach is employed in this study. Based on a steady flow assumption and neglecting the influences of gravity, viscosity and yarn, the inviscid, compressible flow calculations are conducted for the internal flow passage of U- and V-type air-jet nozzles, where the air is assumed following the ideal gas law. The governing equations are discretized by a finite volume approach, where the first-order upwind scheme is employed to approximate the convection term in the governing equations. A SIMPLE-type algorithm is adopted to decouple the velocity and pressure in the flow fields. Available experiment measurements are then used to validate the numerical simulations.
Keywords: air-Jet nozzle, compressible flow calculation, computational fluid dynamics.

並列關鍵字

air-Jet nozzle ； computational fluid dynamics ； compressible flow calculation