管内吹き出し流下における糸の空気摩擦抗力

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560161
• 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)
• Keywords: 空気摩擦抗力 / 糸 / 円形噴流 / 環状噴流 / 糸操作 / 繊維機械 / 圧縮性空気流

Research Abstract

空気流を利用して糸を様々に操作するための糸と空気流の関係について検討を行った。細い管路内における空気流の状態を把握するためシミュレーションを併用し、算出した糸の空気抗力を実験値と比較した。得られた結果は以下のとおりである。
1.糸の空気抗力係数は、空気流の形態に関係なく半径レイノルズ数を使った実験式で整理でき、空気流速度が大きくなり圧縮性を考慮すべき流れになると、長さレイノルズ数で整理できる。ただ、円形噴流では一次流が直接作用すると空気抗力は極端に増大する。また、円形噴流では空気供給圧力を上昇させていくと抗力変動が激しくなるが、環状噴流ではある程度圧力が上昇してしまうと抗力変動の増加はおさまり、糸の張力は安定する。
2.円形噴流では、ポテンシャルコアの影響は比較的早く消滅し、その後管路内で空気流の混合が起こるが、圧力が高くなってくると圧縮空気は管路内で不足膨張を起こし高密度のままで加速されない。一方、環状噴流では、コアの影響は比較的弱く、圧力が高くなっても空気流が管路内で膨張拡散し加速し続けていく。
3.実験とシミュレーションを比較した結果、糸の空気抗力は傾向、値ともにほぼ一致した。従って、圧縮性を考慮すべき領域における空気抗力係数の考え方、シミュレーションの妥当性を示すことができた。
4.糸飛走速度の測定から、ほとんどの糸種や空気流形態において、0.3MPa程度の圧力を境に飛走速度の上昇傾向が鈍り、速度増加を期待して圧力を高くしてもそれほど効果が得られない。また、管路を出た後の糸端は、糸長さが長くなると激しく振動するが、空気供給圧力による変化は少ない。さらに、空気供給圧力が上昇すると、ポリエステル糸では開繊や撚り戻り、スパンデックス糸ではねじれや絡みなど、糸のトラブルが発生する。