嘉賓：東華大學(xué)紡織學(xué)院博導(dǎo)教授郁崇文曾泳春

　　與其他一等獎(jiǎng)項(xiàng)目相比，東華大學(xué)紡織學(xué)院的“纖維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究”屬于紡織科學(xué)與技術(shù)中的基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，最為國(guó)內(nèi)首屈一指的紡織類(lèi)高校，郁崇文教授和他的團(tuán)隊(duì)更加注重了對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)，對(duì)紡織領(lǐng)域基石的奠基。

　　氣流在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，貫穿于從纖維形成紡織品的工藝過(guò)程中，而高速氣流的應(yīng)用更是為紡織新技術(shù)、新工藝的產(chǎn)生與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。“借助高速氣流的作用，我們能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)紡織纖維的輸送、牽伸、分離、加捻等工藝過(guò)程，這在提高加工效率、縮短工藝流程等方面有著不可估量的前景。”雖然言語(yǔ)不多，但郁崇文教授已清晰地將這項(xiàng)基礎(chǔ)研究的重要性勾勒出來(lái)。

　　一項(xiàng)基礎(chǔ)研究如何在數(shù)百項(xiàng)目中脫穎而出？在東華大學(xué)紡織學(xué)院濃厚的學(xué)術(shù)氛圍中，“纖維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目組的成員們用通俗易懂的文字和生動(dòng)的幻燈片為我們?cè)忈屃嘶A(chǔ)研究在行業(yè)發(fā)展過(guò)程中不可或缺的基石作用。

　　四項(xiàng)重點(diǎn)獲突破
　　自主研制全新噴嘴

　　主持人：您的研究團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)16年的潛心研究使這項(xiàng)研究獲得巨大進(jìn)展，其對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效紡織有哪些意義？

　　郁崇文：這一項(xiàng)目通過(guò)對(duì)纖維在高速氣流場(chǎng)中兩相流動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行整體、全面的原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究，深入揭示了柔性纖維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)特性，不僅具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，還通過(guò)理論研究結(jié)果在紡織領(lǐng)域中的工程應(yīng)用，從機(jī)理上獲得了噴氣（渦流）紡紗、氣流噴嘴減少紗線毛羽、熔噴等新型紡織技術(shù)的加工特性，為涉及纖維/高速氣流兩相流動(dòng)與耦合作用的紡織工藝與裝備研發(fā)提供了理論參考。

　　項(xiàng)目的成果符合國(guó)家實(shí)施“開(kāi)展基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)紡紗織造加工等重點(diǎn)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和前沿技術(shù)研究，為行業(yè)自主創(chuàng)新提供理論指導(dǎo)及源動(dòng)力”的紡織工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，社會(huì)效益顯著。

　　主持人：這項(xiàng)理論研究的成果應(yīng)用于紡織工程的實(shí)踐后做了哪些構(gòu)建和完善工作？

　　曾泳春：在這項(xiàng)研究應(yīng)用于實(shí)踐的過(guò)程中，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自由端噴氣紡紗噴嘴并逐步改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化；受太平洋機(jī)電集團(tuán)上海紡機(jī)研究所委托，承擔(dān)了國(guó)產(chǎn)噴氣紡紗機(jī)的關(guān)鍵部件——噴嘴的研制，為先進(jìn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化提供核心技術(shù)；與山東煙臺(tái)華大科技有限公司合作，對(duì)熔噴無(wú)紡布設(shè)備的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用數(shù)值模擬的方法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了中、大幅寬熔噴無(wú)紡布生產(chǎn)線并已推向市場(chǎng)。

　　主持人：從技術(shù)角度分析，紡織纖維要實(shí)現(xiàn)高速氣流需要進(jìn)行哪些技術(shù)攻關(guān)？

　　郁崇文：首先，我們先后構(gòu)建了“珠—桿”鏈?zhǔn)嚼w維模型和基于有限單元法的纖維模型，能夠合理體現(xiàn)纖維的大長(zhǎng)徑比和柔、彈性特征。纖維模型不僅可以描述纖維的位置與取向，同時(shí)可以表征纖維的彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸等變形情況。

　　其次，對(duì)紡紗噴嘴（包括噴氣紡紗、噴氣渦流紡紗、氣流減羽噴嘴等）內(nèi)高速氣流場(chǎng)特性作了深入而系統(tǒng)的工作，采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)對(duì)高速氣流場(chǎng)特性，包括旋轉(zhuǎn)射流、回流和渦破裂現(xiàn)象在時(shí)間、空間上的發(fā)展演變，以及重要參數(shù)對(duì)旋流特性的影響進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。

　　再次，采用拉格朗日—歐拉法構(gòu)建了纖維/氣流兩相流的單向與雙向耦合動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了纖維在紡紗噴嘴內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)氣流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬，并采用高速攝像技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，獲得了纖維的運(yùn)動(dòng)、變形特征及其與高速氣流場(chǎng)的相互作用規(guī)律。

　　最后，對(duì)理論研究結(jié)果進(jìn)行工程應(yīng)用。根據(jù)纖維與高速氣流的相互作用特性以及纖維運(yùn)動(dòng)與變形規(guī)律的數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)基于高速氣流的新型紡織技術(shù)--噴氣紡紗、噴氣渦流紡、氣流減少毛羽等技術(shù)中纖維的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，揭示其工藝原理，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)成紗質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)合理選擇纖維性能參數(shù)提供指導(dǎo)；設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的噴嘴裝置。

　　從實(shí)驗(yàn)室到車(chē)間
　　基礎(chǔ)科學(xué)顯優(yōu)勢(shì)

　　主持人：作為紡織基礎(chǔ)科學(xué)項(xiàng)目，其主要的技術(shù)創(chuàng)新體現(xiàn)在哪里？

　　曾泳春：主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：一是構(gòu)建了基于柔彈性特征的纖維模型。“珠—桿”鏈?zhǔn)胶突谟邢迒卧ǖ睦w維模型，將纖維的柔彈性物理特征納入其中，實(shí)現(xiàn)了纖維在高速氣流中位置、取向及變形的合理描述。

　　二是揭示了纖維在高速氣流場(chǎng)中的耦合作用特性與運(yùn)動(dòng)變形規(guī)律。我們采用拉格朗日-歐拉法構(gòu)建了纖維/氣流的耦合動(dòng)力學(xué)模型，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了纖維在噴氣紡、噴氣渦流紡、氣流減羽等噴嘴中運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬，獲得了纖維運(yùn)動(dòng)、變形特征及其與高速氣流場(chǎng)的相互作用規(guī)律。

　　三是實(shí)現(xiàn)了紡紗噴嘴內(nèi)高速氣流場(chǎng)流動(dòng)特性的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試。該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)最早采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）技術(shù)與激光多普勒測(cè)速（LDV）等技術(shù)對(duì)紡織工藝中高速氣流場(chǎng)特性，包括速度和壓力分布規(guī)律，旋轉(zhuǎn)射流、回流和渦破裂現(xiàn)象的發(fā)展進(jìn)行了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測(cè)試，為噴嘴內(nèi)氣流流動(dòng)特征的研究提供了有效的方法。

　　四是對(duì)纖維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)理論研究成果在高速氣流紡紗中進(jìn)行應(yīng)用。揭示了噴氣紡與噴氣渦流紡加捻、氣流噴嘴減少紗線毛羽的機(jī)理，設(shè)計(jì)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紡紗噴嘴，實(shí)現(xiàn)了工藝的系統(tǒng)優(yōu)化與成紗質(zhì)量的精確預(yù)測(cè)。

　　五是將纖維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)模型拓展應(yīng)用于超細(xì)纖維紡絲拉伸技術(shù)中?；诶w維/高速氣流兩相流體動(dòng)力學(xué)的理論結(jié)果，對(duì)熔噴中聚合物纖維在高速氣流場(chǎng)中拉伸成型過(guò)程進(jìn)行模擬，獲得纖維運(yùn)動(dòng)的三維軌跡，預(yù)測(cè)纖維直徑、應(yīng)力以及鞭動(dòng)振幅，為超細(xì)纖維成型機(jī)理提供了有效的研究手段。

　　主持人：對(duì)于“纖維/高速氣流兩相流體力學(xué)”問(wèn)題的研究給企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中帶來(lái)哪些益處？

　　郁崇文：2003年，在國(guó)產(chǎn)噴氣紡紗機(jī)研制上，項(xiàng)目組與上海太平洋機(jī)電集團(tuán)合作，對(duì)噴嘴流場(chǎng)及纖維運(yùn)動(dòng)的理論計(jì)算與分析，合理地設(shè)計(jì)了噴氣紡的關(guān)鍵部件-噴嘴，利用該噴嘴生產(chǎn)出的噴氣紗品質(zhì)優(yōu)良。上海太平洋機(jī)電集團(tuán)采用該噴嘴開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的噴氣紡紗機(jī)，并在上海國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)上得到了好評(píng)。

　　2007年，項(xiàng)目組與湖南華升集團(tuán)株洲雪松麻業(yè)公司合作進(jìn)行高檔苧麻面料的開(kāi)發(fā)，在絡(luò)筒機(jī)上采用了項(xiàng)目組研制的減少苧麻毛羽的氣流噴嘴，大幅度減少了苧麻及其混紡紗的毛羽，長(zhǎng)毛羽可減少50%以上，不僅提高了苧麻紗的織造效率，還有效地改善了苧麻織物的刺癢感，為開(kāi)拓高支細(xì)薄苧麻面料以及針織產(chǎn)品起到了重要的作用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　2009年，我們與山東煙臺(tái)華大科技有限公司合作，對(duì)熔噴無(wú)紡布設(shè)備的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用數(shù)值模擬的方法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究，獲得了熔噴高速高溫氣流場(chǎng)的速度和溫度分布，并用于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究，減少了實(shí)驗(yàn)研究的盲目性，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、材料等成本，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了中、大幅寬熔噴無(wú)紡布生產(chǎn)線并已推向市場(chǎng)。