空気流により伸縮性繊維を操作するための空気力学的特性の解析

• Project/Area Number: 12750230
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Ishikawa National College of Technology
• Principal Investigator: 八田 潔 石川工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (80280379)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2001: ¥100,000 (Direct Cost: ¥100,000); Fiscal Year 2000: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
• Keywords: 空気摩擦抗力係数 / 拘束噴流 / 伸縮性繊維 / 繊維機械 / 管内高速吹き出し流

Research Abstract

繊維産業における空気流を利用した糸操作の基礎研究として、拘束噴流(管内吹き出し流)下の糸の空気抗力解析を行った。得られた結果は以下のとおりである。
(1)一般的な糸における空気摩擦抗力係数は、C_f=KR_<ea>^<-n>なる実験式で表され、半径レイノルズ数でよく整理されることが確認された。噴流(一次流)を内側と外側から作用させた場合の違いは特に確認されなかったが、管路の組み合わせによってその係数が大きく変化することがわかった。特に、細い管路を使用した場合には糸が管壁に貼り付くなどの現象が見られ、この時の空気抗力は通常の半分程度になることがわかった。また糸の拘束状態によってもこの係数は変化し、自由端状態では両端固定状態の2倍となる。
(2)空気流吹き出し口付近ではポテンシャルコアの影響により、この部分に作用する空気抗力はやや高くなるが、20cm〜50cmの間では空気抗力は糸の長さにほぼ比例して増加する。また、糸の長さが50cmを超えたり空気供給圧力が低いときは空気流の減速により抗力値の増加割合が減ることが確認された。さらに、糸が管路からはみ出した場合、空気流の影響は管路端から10cm程度までしか及ばないことが明らかとなった。
(3)一般的な糸では糸の直径が小さくなるほど曲率の効果が現れていたが、伸縮性を持つスパンデックス糸ではこの傾向が見られなかった。すなわち、スパンデックス糸では空気抗力係数を半径レイノルズ数で整理することが有効でなく、むしろ平板に近い傾向を示すことが確認された。一方、拘束噴流下においてスパンデックス糸は激しく仲縮し絡みやねじれも生じるため、糸の伸びは吸い込み流実験のように確認することが困難である。また、断面が円形でないスパンデックス糸の空気力学的直径は、断面積を基準に換算した直径の1.6倍であることがわかった。