染整设备新型气液染色喷嘴结构参数设计与流体力学仿真验证
冯梓均

440181********4215

摘要：气液染色喷嘴属于气流染整设备的主要功能部件，它的结构参数直接影响气液两相混合的均匀性、射流速度场分布情况、雾化粒径特点以及织物牵引换热状况，进而成为决定面料染色是否均匀、是否出现色花瑕疵、消耗多少浴比以及生产效率高低的重要因素。传统的气液染色喷嘴存在流道结构固定、气液耦合不好、出口速度梯度大、雾化颗粒不均匀、低压工况染色穿透力不够等问题，容易导致织物正反面色差、局部色浅、布面褶皱和高能耗现象，不能满足高品质化纤、混纺、轻薄高密面料低浴比绿色染色工艺的要求。本文以传统喷嘴流场不均匀、雾化不稳定、工况适应性差为技术问题点，提出了一种新的收敛扩散型复合气液染色喷嘴设计方案，并从喷嘴进气角度、液道孔径、混合腔长度、出口收缩比、整流段结构等方面出发来改进喷嘴的设计参数，创建起一种新的多参数耦合匹配的流道结构。利用流体力学数值模拟的方法，用VOF两相流模型和RNGk-ε湍流模型建立喷嘴气液耦合仿真模型，对比分析新型喷嘴和传统喷嘴的压力场、速度场、气相分布、液相雾化形态及出口流量稳定性差异，完成结构参数合理性的验证以及性能的优化。仿真结果显示，新设计的喷嘴可以有效地减弱边界层分离，减小流道的压力损失，使出口的速度分布更加均匀，气液混合的均匀性得到明显改善，雾化粒径的离散性也大大减小，从而使得布面染色的均匀性得到了明显的提高，染整能耗和疵布率也有所下降。可以给低浴比、高品质气流染色设备喷嘴结构优化和国产化升级提供理论基础和技术借鉴。

关键词：染整设备；气液染色；喷嘴结构；参数设计；流体仿真；两相流

参考文献

[1]刘江坚.气流染色机的技术发展与应用趋势[J].纺织机械,2021(06):68-73.

[2]黄俊,王军锋,罗惕乾.基于VOF模型的喷嘴气液两相雾化特性数值模拟[J].流体机械,2020,48(07):1-7.

[3]陈立秋.气流染色机节能改造与喷嘴结构优化[J].印染,2022,48(12):45-49.

[4]邵建中,沈一峰,顾平.低浴比气流染色装备关键技术及产业化[J].纺织学报,2021,42(09):146-153.