[发明专利]气流铺覆纤维装置

权利要求书

1.气流铺覆纤维装置，其特征在于，包括同轴的过渡区(N1)、布料扩流区(N2)、铺覆纤维区(N3)和导流收缩区(N4)；气体自所述过渡区(N1)的气体入口端进入，依次穿过所述布料扩流区(N2)、所述铺覆纤维区(N3)和所述导流收缩区(N4)，并自导流收缩区(N4)气体出口端排出；所述过渡区(N1)与所述布料扩流区(N2)连接处设有与过渡区(N1)同轴的布料孔板，所述布料扩流区(N2)设有与布料扩流区(N2)同轴的导气孔板，所述导流收缩区(N4)的气体出口端设有与导流收缩区(N4)同轴的排气孔板，在所述铺覆纤维区(N3)内设有试样装夹；

所述导气孔板和排气孔板的气流速度存在如下关系：

设入口气流速度为υ₁，面积为A₁，压强为p₁；布料孔板气流速度为υ₂，开孔面积为A₂，压强为p₂；导气孔板气流速度为υ₃，开孔面积为A₃，压强为p₃

根据实际流体的伯努利方程：

圆管沿程损失达西公式为：

式中：l为管长度，m；d为管直径，m；λ为沿程阻力系数；υ为断面平均流速，m/s；Z₂：布料孔板与气流入口的垂直距离；Z₃：导气孔板与气流入口的垂直距离；h_3-2：导气孔板与布料孔板间沿程损失；

根据光滑区的布拉休斯公式：

布料孔板和导气孔板之间的压差为：

当时，υ₃必定要大于υ₂，两孔板之间压差向上，布料孔板上纤维受到气流向上的作用力，被气流带动向上运动，且随着气流速度的增加，孔板之间的压差增加；

设排气孔板气流速度为υ₄，开孔面积为A₄，压强为p₄；

式中Z₄：排气孔板与气流入口的垂直距离；h_4-2：排气孔板与布料孔板间沿程损失；h_m为孔板压力损失，

ξ为孔板压损系数，根据标准ξ选取2，

排气孔板速度等于或者低于悬浮速度时两孔板的最大压差为4.46MPa；

根据连续性方程：Q＝υA＝常量；Q为气体流量；

υ₁A₁＝υ₂A₂＝υ₃A₃＝υ₄A₄；

由上述推导可知：υ₄≤υ₂≤υ₃，所以A₃≤A₂≤A₄；

为让纤维在装置内做一定时间的悬浮运动，布料孔板上气流平均速度要大于悬浮速度，以补偿压力势能和沿程损失。

2.根据权利要求1所述的气流铺覆纤维装置，其特征在于，所述过渡区(N1)和所述铺覆纤维区(N3)为圆柱结构，所述布料扩流区(N2)和所述导流收缩区(N4)为圆台结构，所述过渡区(N1)的气体出口端与所述布料扩流区(N2)的圆台小头端流体导通，所述布料扩流区(N2)的圆台大头端与所述铺覆纤维区(N3)的气体进口端流体导通，所述铺覆纤维区(N3)的气体出口端与所述导流收缩区(N4)的圆台大头端流体导通，所述导流收缩区(N4)的圆台小头端为气体出口端。

3.根据权利要求2所述的气流铺覆纤维装置，其特征在于，所述布料扩流区(N2)、所述铺覆纤维区(N3)和所述导流收缩区(N4)的总高度H₂与所述铺覆纤维区(N3)最大直径D₂比为1-1.5；所述布料扩流区的圆台壁面与轴心夹角范围为15°≤α＜45°；所述过渡区(N1)的高度H₁为所述过渡区(N1)的管道直径D₁的1-1.7倍。