第二節(jié) 氣流循環(huán)系統(tǒng)

氣流染色機(jī)的氣流循環(huán)系統(tǒng)是牽引織物循環(huán)的主要?jiǎng)恿υ矗瑫r(shí)攜帶細(xì)化染液為染料向織物纖維上染提供交換條件。由于空氣具有可壓縮性，其密度及黏度在不同溫度下會(huì)發(fā)生變化，所以在整個(gè)染色過(guò)程中，實(shí)際上對(duì)織物的作用也是不穩(wěn)定的。特別是細(xì)化染液在紊流的氣流中也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)氣流產(chǎn)生一定影響。如何將這些變化和影響控制在所需的染色條件下，也是氣流染色多年來(lái)一直研究的課題。如果從理論上研究，它涉及空氣動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般研究部門(mén)的能力。因此，更多的是建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合工藝特點(diǎn)來(lái)研發(fā)的。這里僅從應(yīng)用的角度來(lái)討論和分析氣流循環(huán)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)循環(huán)風(fēng)機(jī)的一些技術(shù)參數(shù)和特性曲線作簡(jiǎn)單介紹。

氣流循環(huán)系統(tǒng)主要包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、氣流噴嘴和氣流循環(huán)管路?？椢锏倪\(yùn)行和擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，以及染液通過(guò)氣流對(duì)織物的作用，都與該循環(huán)系統(tǒng)密切相關(guān)。

一、循環(huán)風(fēng)機(jī)

氣流循環(huán)的風(fēng)機(jī)一般采用高壓離心式風(fēng)機(jī)。牽引織物循環(huán)需要足夠大的風(fēng)量，而一定風(fēng)量必須依靠相應(yīng)的風(fēng)壓來(lái)克服循環(huán)系統(tǒng)的沿程和局部損失?？紤]到牽引不同克重及品種的織物所需的作用力有差異，所以氣流染色機(jī)的風(fēng)機(jī)額定功率一般選擇都比較大。在具體使用中，可通過(guò)風(fēng)機(jī)的交流變頻控制，提供相應(yīng)風(fēng)量。這樣既可以不同克重織物滿足所需的風(fēng)量，同時(shí)又可以達(dá)到節(jié)能的目的。風(fēng)機(jī)的幾個(gè)特性參數(shù)是風(fēng)量（流量）、風(fēng)壓（壓力）、轉(zhuǎn)速、功率和效率，通過(guò)風(fēng)機(jī)特性曲線可以反映出這些特性參數(shù)相互關(guān)系。除此之外，與風(fēng)機(jī)密切相關(guān)的管網(wǎng)，也有一個(gè)表述風(fēng)量和風(fēng)壓變化關(guān)系曲線，稱(chēng)為管網(wǎng)特性曲線。在實(shí)際氣流循環(huán)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的特性曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn)，才是風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量和風(fēng)壓的工況點(diǎn)。

1．風(fēng)量和風(fēng)壓 風(fēng)量也稱(chēng)作流量，表示氣體單位時(shí)間流過(guò)某一橫截面的體積或質(zhì)量；風(fēng)壓也稱(chēng)作壓力，有靜壓和動(dòng)壓之分。對(duì)于氣流染色機(jī)的循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓，究竟應(yīng)該取得一個(gè)什么樣的值，目前還沒(méi)有一個(gè)具有說(shuō)服力的理由。但有一點(diǎn)可以肯定，同一臺(tái)氣流循環(huán)的風(fēng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，在常溫下和高溫下的風(fēng)量和風(fēng)壓是不同的。其原因是隨著空氣溫度的提高，其密度變小，動(dòng)力黏度增大。我們知道，氣流牽引織物運(yùn)動(dòng)，是空氣的黏度對(duì)織物的作用而形成的。也就是說(shuō)，空氣黏度的增加必然要加大對(duì)織物的牽引力，織物的線速度要加快。在實(shí)際應(yīng)用中，這一現(xiàn)象是很明顯的。當(dāng)常溫下的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定后，在高溫下織物的線速度會(huì)加快，電機(jī)的電流也增大，即意味著電機(jī)功率的增加。當(dāng)然，這里也不能排除在高溫下因密閉容器（指主缸）蒸汽壓的加大，空氣中還混有大量水蒸氣，也會(huì)加大風(fēng)壓和功率的消耗。從織物勻染性的角度來(lái)考慮，織物在高溫下往往染料的上染速率加快，如果織物的線速度增加就會(huì)提高與染液的交換頻率，有利于織物的勻染。但在高溫下進(jìn)行保溫時(shí)，有時(shí)并不需要太快的交換頻率。對(duì)于針織物或彈力織物，織物線速度過(guò)快會(huì)產(chǎn)生較大的張力，使織物變形或彈力纖維失去彈性（特別是在高溫下）。因此，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓應(yīng)該設(shè)計(jì)成在溫度變化過(guò)程可調(diào)節(jié)的，最好是一種動(dòng)態(tài)控制。

由于風(fēng)機(jī)的靜壓是克服管網(wǎng)阻力的必要因素，而氣流經(jīng)過(guò)噴嘴環(huán)縫形成高速氣流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大阻力損失（即壓降），所以氣流染色機(jī)都是采用高壓風(fēng)機(jī)［壓力在14.715KPa（1500mmH₂O）以上］。在實(shí)際應(yīng)用中，織物循環(huán)主要是依靠足夠風(fēng)量，而風(fēng)壓一般僅起到克服管網(wǎng)（這里主要是噴嘴環(huán)縫隙）阻力，保證風(fēng)量輸送的作用。但是，風(fēng)量和風(fēng)壓不能絕對(duì)分開(kāi)，風(fēng)壓不夠，表現(xiàn)出來(lái)的風(fēng)量也不足。

2．風(fēng)機(jī)特性曲線 風(fēng)機(jī)工作在一定的吸氣狀態(tài)和轉(zhuǎn)速條件下，其理論全壓與理論流量之間的關(guān)系通?？捎美碚撊珘禾匦郧€表示。風(fēng)機(jī)葉片出口角度的大小，對(duì)風(fēng)機(jī)的特性影響很大。一般可分為三種形式：后向葉片，葉片出口角度小于90°；徑向葉片，葉片出口角度等于90°；前向葉片，葉片出口角度大于90°。考慮到氣流染色機(jī)風(fēng)機(jī)的超載能力，一般選擇后向葉片。由于風(fēng)機(jī)在實(shí)際工作中存在各種損失，如水力損失、容積損失、輪盤(pán)摩擦損失和軸承損失等，所以將效率考慮進(jìn)去得到的是實(shí)際全壓特性曲線。圖3-3為風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓（P）—風(fēng)量（Q）、功率（N）—風(fēng)量（Q）和效率（η）—風(fēng)量（Q）實(shí)際特性曲線。

在氣流染色機(jī)中，與風(fēng)機(jī)相連的有進(jìn)口管（包括過(guò)濾器）、出口氣流管以及氣流噴嘴等，這些連接部分可視為管網(wǎng)，與風(fēng)機(jī)構(gòu)成一個(gè)封閉的氣流循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)伯努利方程，風(fēng)機(jī)的全壓應(yīng)等于管網(wǎng)的總阻力加上風(fēng)機(jī)出口的動(dòng)壓損失。圖3-4表示氣流管網(wǎng)輸送風(fēng)量時(shí)所消耗的風(fēng)壓能（P）與所輸送的風(fēng)量（Q）之間的關(guān)系，是一個(gè)二次拋物線，稱(chēng)作管網(wǎng)特性曲線。

3．風(fēng)機(jī)工況與工作區(qū)域 風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)連接在一起工作時(shí)，流經(jīng)管網(wǎng)的流量等于風(fēng)機(jī)流量，管網(wǎng)（氣流管路）的總阻力與風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓損失之和等于風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的全壓。采用同一比例繪制的風(fēng)機(jī)特性曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn)即為風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，如圖3-5所示。圖中曲線P為風(fēng)機(jī)的全壓特性曲線，OB為管網(wǎng)特性曲線，兩者的交點(diǎn)M即為工況點(diǎn)。該點(diǎn)反映出風(fēng)機(jī)的流量、全壓、效率和功率等主要性能參數(shù)。

圖3-3 風(fēng)機(jī)實(shí)際特性曲線

圖3-4 管網(wǎng)特性曲線

圖3-5 風(fēng)機(jī)工況

在實(shí)際工作中，根據(jù)不同織物克重或品種，總是要通過(guò)改變氣流噴嘴的氣流速度來(lái)改變織物的運(yùn)行速度。但這種風(fēng)速或風(fēng)量的改變實(shí)際上就是改變了管網(wǎng)阻力，而風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)也隨之改變。當(dāng)管網(wǎng)阻力增大（如曲線OC所示）時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量將減?。划?dāng)管網(wǎng)阻力減?。ㄈ缜€OD所示）時(shí)，風(fēng)機(jī)的流量將增大。因此，為了保證風(fēng)機(jī)能夠正常和合理的運(yùn)轉(zhuǎn)，通常要控制風(fēng)機(jī)的工況在整個(gè)工作期間不超出合理區(qū)域。該工作區(qū)域取決于風(fēng)機(jī)工作的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

要滿足穩(wěn)定性，首先是壓力特性曲線不能有駝峰，其次是風(fēng)機(jī)必須工作在壓力最高點(diǎn)的右側(cè)。滿足這種條件的風(fēng)機(jī)特性曲線與管網(wǎng)特性曲線的交點(diǎn)只有一個(gè)，并且應(yīng)該位于壓力特性曲線最高點(diǎn)的右邊。如圖3-6（a）所示，當(dāng)工況點(diǎn)移到K點(diǎn)或超過(guò)K點(diǎn)向左移動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)的特性曲線與管網(wǎng)特性曲線將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)以上的交點(diǎn)。顯然在這種條件下的風(fēng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象。當(dāng)風(fēng)機(jī)的特性曲線形狀如圖3-6（b）所示，工況也應(yīng)位于K點(diǎn)的右邊。如果工況移到K點(diǎn)或K點(diǎn)的左邊部分時(shí)，曲線上雖然只有一個(gè)交點(diǎn)，但工況點(diǎn)將交替在第一象限和第二象限內(nèi)變動(dòng)，也會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象。因此，風(fēng)機(jī)只有工作在風(fēng)壓最高點(diǎn)的右側(cè)才是穩(wěn)定的。

風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)的工況稱(chēng)作額定工況，此時(shí)的流量、壓力分別稱(chēng)作額定流量和額定壓力。一般情況下，總是希望風(fēng)機(jī)工作在效率最高點(diǎn)。然而實(shí)際工作中，并不一定正好就在這一點(diǎn)，所以效率都會(huì)有所降低。為了滿足經(jīng)濟(jì)性，風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)應(yīng)控制在（0.85～0.90）η_max的范圍內(nèi)。這一范圍也稱(chēng)作經(jīng)濟(jì)工作區(qū)域，如圖3-7所示。

圖3-6 風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定工作區(qū)域

圖3-7 風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)工作區(qū)域

4.風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié) 氣流染色機(jī)的風(fēng)機(jī)在使用中，需要經(jīng)常改變風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)中的風(fēng)量，以滿足不同織物克重和品種所需的運(yùn)行速度。一般可采用兩種調(diào)節(jié)方式，即改變管網(wǎng)特性曲線和改變風(fēng)機(jī)的壓力特性曲線，如圖3-8所示?，F(xiàn)討論這兩種調(diào)節(jié)方式的工況變化情況。

圖3-8 風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)

（1）改變管網(wǎng)特性曲線的調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)方法是在出氣管或進(jìn)氣管路中設(shè)置調(diào)節(jié)閥門(mén)，改變開(kāi)啟程度，以減小或增大管網(wǎng)的阻力來(lái)改變風(fēng)機(jī)流量。調(diào)節(jié)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)壓力特性曲線沒(méi)有改變，但管網(wǎng)特性曲線在改變，所以工況點(diǎn)的位置被改變了。調(diào)節(jié)閥門(mén)關(guān)小時(shí)，管網(wǎng)阻力增加，則流量減少。顯然，在管網(wǎng)的節(jié)流狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)壓力的一部分用于克服管網(wǎng)阻力，另一部分則用于克服閥門(mén)的阻力。一般情況下，風(fēng)機(jī)節(jié)流后的功率有所下降。

（2）改變風(fēng)機(jī)壓力特性曲線的調(diào)節(jié)。從理論上來(lái)講，改變風(fēng)機(jī)壓力特性曲線的調(diào)節(jié)可以采用：改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、改變風(fēng)機(jī)進(jìn)口處導(dǎo)流器葉片角度以及改變?nèi)~輪寬度和葉片角度。在這些調(diào)節(jié)過(guò)程中，管網(wǎng)特性曲線不改變，只有風(fēng)機(jī)的壓力特性曲線發(fā)生改變，因而也改變了工況點(diǎn)的位置。但在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)一定時(shí)，一般都是采用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。其原因是風(fēng)機(jī)在管網(wǎng)阻力與流量平方成正比的管網(wǎng)中工作時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，其效率仍保持不變，但風(fēng)機(jī)功率卻因流量和壓力的降低而顯著下降。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化與流量、壓力和功率存在以下變化關(guān)系式：

因此，從空氣動(dòng)力學(xué)來(lái)考慮，改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法是最合理的，也是最經(jīng)濟(jì)的。目前氣流染色機(jī)的風(fēng)機(jī)都是采用交流變頻控制，但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制，許多情況下是在做無(wú)用的功率消耗，比同一容量溢噴染色機(jī)要偏大很多。這也是制約氣流染色機(jī)應(yīng)用推廣的一個(gè)方面。如何解決好這一矛盾，還有待于設(shè)備制造商的深入研究和開(kāi)發(fā)。

5．風(fēng)機(jī)功率的消耗 采用氣流霧化形式的氣流染色機(jī)風(fēng)機(jī)功率的消耗較大，主要是在染液霧化室內(nèi)氣流帶動(dòng)霧化染液需要消耗很大一部分能量。染液霧化顆粒的大小對(duì)氣流消耗的影響很大，染液霧化顆粒小，消耗的氣流能量也小，反之就大。根據(jù)這一特點(diǎn)，有氣流染色機(jī)制造商采用小孔徑染液霧化噴嘴，使染液的霧化顆粒減小，從而降低了氣流的能耗，減小了風(fēng)機(jī)功率。但染液霧化噴嘴因孔徑較小，更容易被纖維短絨或雜物堵塞，需經(jīng)常拆卸染液霧化噴嘴清理，給實(shí)際操作帶來(lái)了不便。

相比之下，采用氣壓滲透式原理的氣流染色機(jī)，氣流噴嘴受染液的影響很小。氣流在牽引織物循環(huán)的過(guò)程中，除了對(duì)織物所吸附的染液產(chǎn)生一定的滲透力外，沒(méi)有對(duì)染液產(chǎn)生消耗。因此，可以消耗較低的風(fēng)機(jī)功率。

氣流染色機(jī)的風(fēng)機(jī)功率消耗，除了與設(shè)備的工作原理有關(guān)外，還與空氣在溫度變化過(guò)程中的黏度系數(shù)變化有密切關(guān)系。高溫下空氣黏度系數(shù)的增大，加大了對(duì)牽引織物循環(huán)的黏著力，減少了空氣與織物的相對(duì)滑動(dòng)速度。不僅使織物的運(yùn)行線速度加快，同時(shí)還增加了風(fēng)機(jī)的功率消耗。此外，在高溫密閉容器（這里指主缸）內(nèi)，存在一定的水蒸氣，實(shí)際上風(fēng)機(jī)中的循環(huán)介質(zhì)是空氣和水蒸氣的混合體，顯然密度比常溫下空氣的密度低，從而增加了風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和功率。這就是同樣功率的風(fēng)機(jī)，在同一頻率下運(yùn)行，高溫時(shí)電機(jī)拖動(dòng)電流要高于常溫時(shí)電機(jī)拖動(dòng)電流的原因。因此，同樣容量的氣流染色機(jī)風(fēng)機(jī)功率，高溫型的要比常溫型功率選取得要大一些。

二、氣流噴嘴

氣流噴嘴是夾帶細(xì)化染液的氣流牽引織物，并進(jìn)行染液與織物交換的地方。氣流首先在夾套中與細(xì)化染液相遇，呈霧化狀染液彌散在氣流中，然后再通過(guò)噴嘴環(huán)形縫隙噴入中間管形通道與織物相接觸。氣流噴嘴采用了拉法爾（Laval）噴管原理，將氣流的速度提高到超音速，使氣、液兩相流形成分散狀或環(huán)狀流型，在牽引織物循環(huán)的同時(shí)進(jìn)行織物與染液的均勻交換，提供了織物獲得均勻上染的條件。為了對(duì)氣流噴嘴有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和了解，下面對(duì)氣流噴嘴的工作原理和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行介紹。

1．拉法爾噴管原理 氣體通過(guò)噴管因發(fā)生壓力降低和容積膨脹而能獲得高速氣流，而拉法爾噴管是用于產(chǎn)生高速氣流的一種噴嘴結(jié)構(gòu)形式。氣流在拉法爾噴管中的變化規(guī)律是氣流噴嘴設(shè)計(jì)和使用的依據(jù)。根據(jù)質(zhì)量守恒規(guī)律，通過(guò)連續(xù)性方程式可以得出噴管截面的變化率與氣體比容變化率和流速變化率的關(guān)系：

式中： ——噴管截面變化率；

根據(jù)能量守恒定律，由絕熱穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式可以導(dǎo)出噴管中的流速變化與壓力變化的關(guān)系，其微分關(guān)系式如：

wdw=-vdp（3-3）

上式表明，流速與壓力相反，即在絕熱流動(dòng)過(guò)程中，若壓力降低，則流速必然增加；反之，則降低。

此外，要獲得高速氣流，噴管的形狀（即軸向截面變化規(guī)律）必須符合氣體本身的膨脹規(guī)律。將絕熱過(guò)程方程式與連續(xù)式方程以及式（3-2）聯(lián)系起來(lái)，可以得到噴管截面的變化關(guān)系式：

式中：M——馬赫數(shù)，是物體的速度與音速之比，用來(lái)描述氣體特性的重要參數(shù)。M＜1，表示氣體為亞音速；M=1，為音速；M＞1，則為超音速。

圖3-9 噴管內(nèi)參數(shù)變化示意圖

由式（3-4）得知，要增加氣流速度，沿途截面的增減變化，取決于（M²-1）的正負(fù)號(hào)。當(dāng)進(jìn)口的初速度小于音速（M＜1），若要增大流速，就必須使為負(fù)值，即噴管截面應(yīng)縮??；當(dāng)流速增加到等于音速（M=1）時(shí)，則=0，此時(shí)噴管截面最小。若要流速繼續(xù)增加，超過(guò)音速（M＞1），則應(yīng)為正值，此時(shí)噴管截面應(yīng)增大。由此可見(jiàn)，減縮噴管最高只能得到音速氣流。要獲得超音速氣流，噴管必須制成漸縮漸擴(kuò)形。這種形式噴管稱(chēng)作拉法爾噴管。氣流在拉法爾噴管內(nèi)流速（w）、壓力（p）、比容（v）在沿途截面的變化規(guī)律如3-9所示。

流體經(jīng)過(guò)噴嘴時(shí)因過(guò)流截面的變化，流速、壓力和比容都會(huì)發(fā)生變化，但質(zhì)量和能量的總量是守恒的。拉法爾噴管對(duì)氣流的加速作用，壓差是使氣流加速的內(nèi)在動(dòng)力，幾何形狀是使氣流加速的外部條件，而氣流的焓值變化（即焓降）為氣流加速提供了能量。

2．氣流噴嘴的結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)拉法爾噴管原理，氣流噴嘴的軸向截面是采用漸縮、喉部和漸擴(kuò)三段，氣流通過(guò)環(huán)縫隙噴出，與織物運(yùn)行方向形成一定角度。高速氣流可分解為與織物運(yùn)行方向相同和垂直兩個(gè)分力，與織物運(yùn)行方向相同的分力牽引織物循環(huán)，與織物垂直的分力對(duì)織物纖維產(chǎn)生滲透力，加快染液向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散。氣流噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在充分滿足染液的霧化效果的同時(shí)，還要保證織物與霧化染液的充分接觸，并且對(duì)織物的表面能夠起到保護(hù)作用。比較成功的氣流染色機(jī)對(duì)氣流噴嘴結(jié)構(gòu)都有專(zhuān)利保護(hù)。

圖3-10 氣流噴嘴氣、混合過(guò)程

1—織物 2—?dú)庖夯旌鲜?nbsp;3—染液霧化噴嘴

由于織物經(jīng)過(guò)氣流噴嘴的線速度較快，并且會(huì)發(fā)生較大的速度變化，因此為了保證織物表面不受損傷（如擦傷、極光等），通常內(nèi)壁表面的粗糙度要求非常高，甚至在其中某一段采用了聚四氟乙烯材料。一些氣流染色機(jī)對(duì)這部分的加工質(zhì)量無(wú)法達(dá)到要求，容易出現(xiàn)織物表面質(zhì)量問(wèn)題。與傳統(tǒng)溢噴染色機(jī)噴嘴不同的是，氣流噴嘴通徑的規(guī)格一般沒(méi)有那么多，目前最多只有兩種規(guī)格?？椢锟酥卦谳^大范圍內(nèi)可以采用同一通徑進(jìn)行加工，輕薄織物在氣流噴嘴中總會(huì)被氣流吹展開(kāi)，充滿氣流噴嘴橫截面。所以不用擔(dān)心繩狀織物跑偏的問(wèn)題。對(duì)于克重在800g/m²以上的織物（如毛巾類(lèi)），考慮到織物呈束狀時(shí)的直徑較大，無(wú)法通過(guò)氣流噴嘴通道，可換成相應(yīng)的大通徑噴嘴。氣流噴嘴的環(huán)形縫隙一般制造商在出廠之前都已調(diào)整好，不是特別情況下（如維修、更換）最好不要?jiǎng)??？傊瑲饬魅旧珯C(jī)的氣流噴嘴對(duì)使用廠家來(lái)說(shuō)更為方便。

3．氣、液兩相流的流型 氣流與染液在氣流噴嘴中，實(shí)際上是氣、液兩相流在一定條件下混合噴射過(guò)程。如圖3-10所示。為了保證染液與織物的均勻交換，必須通過(guò)高速氣流產(chǎn)生分散流或環(huán)狀流型。氣、液兩相流在噴嘴中以分散流的流型較為理想，染液的細(xì)化顆粒能夠均勻地分布在氣流中。但是需要很高的氣流速度（至少60m/min），而氣流經(jīng)過(guò)環(huán)縫隙會(huì)產(chǎn)生很大壓降損失，并且作用在織物上也要消耗很大一部分能量。環(huán)狀流型是染液沿氣流噴嘴內(nèi)壁以圓環(huán)狀流動(dòng)，而氣流則沿氣流噴嘴中心流動(dòng)。產(chǎn)生這種流型的氣流速度相對(duì)較低。在實(shí)際應(yīng)用中，氣流霧化式染色機(jī)氣流噴嘴的氣、液兩相流，一般是介于這兩者之間的流型。

圖3-11 自由射流示意圖

4．導(dǎo)布管的氣流噴出 氣流從噴嘴噴出后經(jīng)導(dǎo)布管?chē)姵?，分散在主缸?nèi)空間。從導(dǎo)布管?chē)姵龅臍饬魉俣群芨?，射入周?chē)臻g相對(duì)靜止空氣時(shí)，氣流幾乎不受限制地向四周自由擴(kuò)散。氣體離開(kāi)噴管進(jìn)入空間的射流稱(chēng)之為自由射流，如圖3-11所示。導(dǎo)布管出口斷面上的速度是均勻的，其速度稱(chēng)作自由射流的核心速度。自由射流具有卷吸作用，可將周?chē)諝庵饾u卷入射流中，不斷擴(kuò)大射流橫斷面和增加流量，使核心速度逐漸縮小，以致最后消失。射流與周?chē)諝獾撵o壓相等。射流最外邊界的軸向速度為零，射流邊界延長(zhǎng)線相交的夾角稱(chēng)為擴(kuò)散角。在該擴(kuò)散角的范圍內(nèi)，因氣流動(dòng)量的橫向傳遞，對(duì)繩狀織物具有一定的擴(kuò)散和解捻作用，可消除織物的經(jīng)向折痕。

氣流染色機(jī)導(dǎo)布管出來(lái)的氣流還要經(jīng)過(guò)一個(gè)擴(kuò)散擺布斗，實(shí)際上受到部分限制，但出擺布斗后就基本上就類(lèi)似于自由射流?？椢镌谧杂缮淞鞯淖饔孟拢瑫?huì)產(chǎn)生一定的擴(kuò)展，尤其是筒狀針織物會(huì)被吹鼓起來(lái)。這對(duì)消除織物的折痕有利，但是過(guò)分的吹鼓會(huì)影響到織物的運(yùn)行和堆積。所以，一般要將筒狀針織物的接縫處，留出10～15cm的缺口，可排除一些空氣。

三、氣流循環(huán)管路

氣流染色機(jī)的風(fēng)管是為風(fēng)機(jī)與氣流噴嘴的連接而設(shè)置的，構(gòu)成一個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)。為了滿足各管氣流噴嘴的靜壓強(qiáng)分配相等條件，主風(fēng)管直徑通常設(shè)計(jì)得比較大。風(fēng)管的截面形狀、縮擴(kuò)變化以及轉(zhuǎn)角處等都會(huì)產(chǎn)生沿程和局部阻力損失，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓應(yīng)該在這一部分的效率損失最小。風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)管是設(shè)置在主缸體內(nèi)，具有足夠大的過(guò)流和過(guò)濾面積，目的是減少進(jìn)氣阻力。

1．氣流總分配管 該管與風(fēng)機(jī)出口連接，將具有一定全壓額定氣流均勻分配給各氣流噴嘴。從流體力學(xué)理論上講，只要風(fēng)管的局部和沿程的阻力損失正好等于風(fēng)機(jī)所提供的壓力能，即可使風(fēng)管沿途各點(diǎn)的靜壓相等，各氣流噴嘴可獲得相同的風(fēng)量。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于管網(wǎng)制作的誤差以及織物運(yùn)行狀態(tài)的變化，氣流總分配管的頭尾會(huì)出現(xiàn)風(fēng)量差異。從流體動(dòng)力學(xué)角度來(lái)考慮，最好采用變截面形式，在氣流輸送方向逐步變徑。但這種設(shè)計(jì)難度較大，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)作出氣流分布云圖，找到最佳變截面的長(zhǎng)徑比。因此，一般采用較大管徑，并在風(fēng)機(jī)出口增加一段擴(kuò)壓管（即縮放管），以便將風(fēng)機(jī)出口的氣流動(dòng)壓能轉(zhuǎn)換為靜壓能，使整個(gè)分配區(qū)域的靜壓基本相等。這里簡(jiǎn)單討論一下氣流在總分配管中的分布規(guī)律。

氣流染色機(jī)的氣流總分配管一般設(shè)計(jì)成等截面，對(duì)于兩管以上的氣流總分配管與氣流支管的設(shè)置如圖3-12所示。根據(jù)伯努利方程式可得：

圖3-12 氣流總分配管與氣流支管的設(shè)置

式中：p_q1、p_qn——第一管?chē)娮爝M(jìn)氣口和第n管?chē)娮爝M(jìn)氣口處的靜壓力,Pa；

w₁、w_n——第一段風(fēng)管和第n段風(fēng)管中空氣流速,m/s；

p_l——第1管?chē)娮爝M(jìn)氣口和第n管?chē)娮爝M(jìn)氣口之間的阻力損失總和（包括沿程阻力損失和局部阻力損失）。

移項(xiàng)整理后得：

在等截面的氣流總分配管中，因各噴嘴分配口間的氣流速度是依次降低的，即w₁＞w₂＞……＞w_n，所以分配管中的靜壓力由始端到末端是逐漸增大（由動(dòng)壓力轉(zhuǎn)化為靜壓力）。但是，分配管中所存在的阻力也要消耗一部分壓力，使靜壓力向分配管末端逐漸減小。因此，靜壓力在總分配管中的變化（逐漸增大還是減?。?，就由總分配管中氣流速度的降低和阻力大小這兩項(xiàng)來(lái)決定。如果氣流在總分配管的速度降低所增加的靜壓力完全用于克服風(fēng)管的阻力上，則各氣流噴嘴即可獲得相等的噴風(fēng)速度。如果氣流在總分配管的速度降低所增加的靜壓力大于風(fēng)管的阻力損失，則靜壓力和送風(fēng)量沿著風(fēng)管全長(zhǎng)逐漸增大，氣流噴嘴的噴風(fēng)速度也依次增大。如果氣流在總分配管的速度降低所增加的靜壓力小于風(fēng)管的阻力損失，那么靜壓力和送風(fēng)量沿著風(fēng)管全長(zhǎng)逐漸減小，到風(fēng)管末端時(shí)又會(huì)增大。

2．氣流支管 該管是用來(lái)連接總管與各氣流噴嘴，一般設(shè)有可調(diào)節(jié)開(kāi)度大小的氣動(dòng)蝶閥。正由于氣流總分配管有可能出現(xiàn)風(fēng)量分配不勻，所以可通過(guò)支管上的氣動(dòng)蝶閥（可比例調(diào)節(jié)），對(duì)個(gè)別氣流噴嘴的風(fēng)量調(diào)節(jié)。在進(jìn)布過(guò)程中，可以先關(guān)閉沒(méi)有進(jìn)布的氣流噴嘴，以便氣流集中供給在進(jìn)布的氣流噴嘴。此外，如果某一管暫時(shí)不用，可以關(guān)閉該噴嘴，避免氣流短路。

3．進(jìn)氣管道 該管一般設(shè)置主缸內(nèi)部，并在其內(nèi)設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)。風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣管道應(yīng)保證形成的阻力最小，能夠均勻吸收主缸內(nèi)空氣。為此，進(jìn)氣過(guò)濾筒的直徑設(shè)計(jì)得比較大，目的是為在增大過(guò)濾面積的同時(shí)減小進(jìn)氣阻力。過(guò)濾筒與風(fēng)機(jī)通過(guò)漸縮管過(guò)渡連接。