Methodenartikel

Fabric Moisture Uniform Control zur Untersuchung des Einflusses von Luftimpingement-Parametern auf die Stofftrocknungseigenschaften

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DOI:

10.3791/59522

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19. August 2019

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1Faculty of Mechanical Engineering & Automation, Zhejiang Sci-Tech University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier wird ein Protokoll vorgestellt, das eine gleichmäßige Verteilung der Anfangsfeuchtigkeit innerhalb eines Gewebes garantiert und die Auswirkungen der thermodynamischen Parameter (Geschwindigkeit, Temperatur und Richtung) und dicke Haut des Gewebes auf die Trocknung des Gewebes untersucht. (z. B. Temperaturschwankungen) unter der Bedingung der Lufteinschlagsung.

Zusammenfassung

Die einwirkende Trockenheit ist heute aufgrund des hohen Wärme- und Massenübergangskoeffizienten eine weit verbreitete und effektive Möglichkeit zur Gewebetrocknung. Frühere Studien zur Gewebetrocknung haben die Beiträge der Feuchtigkeitsgleichmäßigkeit und des Diffusionskoeffizienten zum Trocknungsprozess vernachlässigt; jedoch haben sie in letzter Zeit nachweislich einen erheblichen Einfluss auf die Trocknungseigenschaften. Dieser Bericht skizziert ein schrittweises Verfahren zur Untersuchung der Auswirkungen von Lufteindrungsparametern auf die Trocknungseigenschaften eines Gewebes durch Kontrolle der Homogenität seiner Flächenfeuchteverteilung. Eine Heißluftgebläseeinheit, die mit einer winkelverstellbaren Düse ausgestattet ist, wird verwendet, um Luftstrom mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Temperaturen zu erzeugen, während der Trocknungsprozess mit einem Infrarot-Thermographen aufgezeichnet und analysiert wird. Darüber hinaus wird ein einheitlicher Padder angepasst, um die Feuchtigkeitsgleichmäßigkeit des Gewebes zu gewährleisten. Das Imping-Trocknen wird unter verschiedenen Ausgangsbedingungen untersucht, indem die Luftstromtemperatur, -geschwindigkeit und -richtung geändert werden, dann werden die Anwendbarkeit und Eignung des Protokolls bewertet.

Einleitung

Das Imping-Trocknen ist aufgrund der hohen Hitze, des Massenübergangskoeffizienten und der kurzen Trocknungszeit ein sehr effektives Trocknungsverfahren. Es hat aufgrund seiner zahlreichen Anwendungen wie chemischeIndustrie, Lebensmittel 1, Textil, Färben2,Papierherstellung3,4, etc. große Aufmerksamkeit erregt. Jetzt ist die impingierende Trocknung für seine verbesserten Transporteigenschaften weit verbreitet, insbesondere für die Trocknung von Textilien im Wärmeeinstellprozess5.

Stoff wird durch das Düsenarray für die Wärmeeinstellung getrocknet. Das Düsenlayout wirkt sich auf die Gleichmäßigkeit der Trocknungstemperatur aus, die einen erheblichen Einfluss auf die Gewebeeigenschaften, die Trocknungseffizienz und direkt auf die Gewebeoberfläche hat. Daher ist es notwendig, die Temperaturverteilung auf der textilen Oberfläche zu verstehen, um ein besseres Düsenarray zu entwerfen. In diesem Bereich wurde bisher nur wenig untersucht, obwohl bisher viel über die Wärme- und Feuchtigkeitsübertragungsleistung des Gewebetrocknungsprozesses geforscht wurde. Einige Forschungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die natürliche Verdunstung eines Textils unter einer bestimmten Wärmequelle, bei der der einschneidende Trocknungsprozess in diesen Studien nicht beteiligt war6,7. Einige haben sich auf Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung des Textils mit Heißlufttrocknung konzentriert, aber die textile Feuchtigkeit und Temperatur wurden in diesen Studien als einheitlich angenommen8,9,10,11angenommen. Darüber hinaus versuchten einige dieser Studien, die Temperaturverteilungsvariation mit der Zeit für die Untersuchung der Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung des Textils unter einwirkender Trocknung zu erhalten.

Etemoglu et al.2 entwickelten eine Versuchseinrichtung zur Erzielung von Temperaturschwankungen mit der Zeit des Gewebes und der Gesamttrocknungszeit, aber diese Einrichtung beschränkt sich auf Einpunkt-Temperaturmessungen. Die anfängliche Feuchtigkeitsgehaltverteilung im Gewebe wird auch bei dieser Art der Forschung vernachlässigt. Wang et al.12 beabsichtigten, die Temperaturverteilung auf dem Gewebe durch Ankleben von Thermoelementen auf der textilen Oberfläche an verschiedenen Stellen zu erhalten, aber die Oberflächentemperaturverteilung konnte mit ihrem Verfahren nicht genau ermittelt werden. Die Beschaffung der Temperaturverteilung im Lufteindringbereich auf einem Gewebe mit gleichmäßiger Feuchtigkeitsverteilung ist wichtig für die industrielle Druck- und Färbeproduktion und wird eine bessere Anleitung für die Verteilungs- und Anordnungsstrategie für Objekte bieten. Trocknung mit einer Multidüse13. Das folgende Verfahren enthält Details, um die Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung eines Gewebes während des einschneidenden Trocknungsprozesses zu untersuchen. Der anfängliche Feuchtigkeitsgehalt ist gut kontrolliert, um gleichmäßig verteilt zu werden, während die Oberflächentemperatur an jedem Punkt des Gewebes über den Versuchsaufbau ermittelt wird.

Der Versuchsaufbau besteht aus einer Heißluftgebläseeinheit, einer Infrarot-Thermographeneinheit, einem einheitlichen Padder-System und anderen Hilfsgeräten. Das Heißluftgebläse versorgt die Heißluft mit einer bestimmten Temperatur und Geschwindigkeit in einstellbarer Richtung entsprechend den experimentellen Anforderungen. Die Infrarot-Thermographeneinheit zeichnet die Temperaturhistorie jedes einschneidenden Trocknungsprozesses auf; So kann die Temperatur an jedem Pixelpunkt des aufgenommenen Videos mit einem unterstützenden Nachbearbeitungswerkzeug extrahiert werden. Das einheitliche Paddersystem steuert die gleichmäßige Verteilung des Feuchtigkeitsgehalts an jedem Punkt des Gewebes. Schließlich wird der Einfluss von Lufteindrungsparametern auf die Gewebetrocknungscharakteristik mit gewebefeuchtigkeitsgleichmäßiger Kontrollmethode untersucht. Der Prozess kann reproduzierbar nach dem unten beschriebenen Standardprotokoll durchgeführt werden.

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Protokoll

1. Versuchsanlage-Einrichtung

HINWEIS: Siehe Abbildung 1.

  1. Heißluftgebläseeinheit
    1. Stellen Sie sicher, dass der Heißluftgebläse durch eine hochtemperaturbeständige Silikonpipeline, die mit Asbestmaterial wärmeisoliert ist, mit der Luftdüse verbunden ist. Stellen Sie die Luftdüse schrittweise auf den gewünschten Neigungswinkel ein, um die Luftströmungsrichtung zu steuern. Bei dieser Arbeit schwankte der Neigungswinkel zwischen60° und 90°.
    2. Schalten Sie den Luftgebläselüfter und den Widerstandsdraht ein.
      HINWEIS: Die Reihenfolge, in der Lüfter und Widerstandsdraht eingeschaltet sind, kann nicht umgekehrt werden.
    3. Stellen Sie die Austrittstemperatur des Heißluftgebläses ein, indem Sie den Strom schrittweise durch den Widerstandsdraht mit dem Regler des Luftgebläses einstellen und die Luftstromtemperatur mit dem digitalen Temperatursensor messen. Bei dieser Arbeit schwankte die Heißlufttemperatur Tzwischen 70 °C und 130 °C.
    4. Messen Sie die Luftstromgeschwindigkeit am Auslass der Luftdüse mit dem handgeführten Multifunktionsanemometer bei Raumtemperatur (RT). Für diese Arbeit variierte die Heißluftgeschwindigkeit, Va, zwischen 8-20 m/s. Zur genauen Messung der Luftgeschwindigkeit sollte die Sonde senkrecht zur Richtung des Luftstroms sein.
    5. Stellen Sie nach und nach die Drehzahl des Luftgebläselüfters mit dem Frequenzumrichter ein, um die gewünschte Luftstromgeschwindigkeit zu erhalten. Bedecken Sie die Luftdüse mit einer Platine mit hohem thermischen Widerstand, um den Wärmestrom zu dispergieren, um thermische Schäden an Personen oder Geräten zu vermeiden.
  2. Infrarot-Thermographeneinheit
    1. Fixieren Sie den Infrarot-Thermographen mit ca. 1 m Abstand direkt über der Luftdüse auf den Stützrahmen. Schließen Sie den Infrarot-Thermographen über das Netzkabel mit dem Computer an. Schalten Sie den Infrarot-Thermographen ein und öffnen Sie die Betriebssoftware des Infrarot-Thermographen am Computer. Wählen Sie den Verbindungsmodus als Ethernet aus, damit dem Infrarot-Thermographen automatisch eine IP-Adresse zugewiesen wird und die Objekttemperatur mit dem Infrarot-Thermographen in Echtzeit abgelesen werden kann.
    2. Befestigen Sie ein Stück Standardgewebeprobe über der Luftdüse mit der Nadelplattenhalterung und stellen Sie den Abstand zwischen Luftdüse und Probe auf den gewünschten Wert ein. Bei dieser Arbeit werden 30 mm verwendet, was dem 3-fachen Durchmesser der Düse entspricht.
    3. Passen Sie den Fokus der Kamera an und legen Sie grundlegende Parameter über den Computer fest. Öffnen Sie das Dialogfeld "Parameter", stellen Sie die Temperatureinheit auf °C ein, stellen Sie die thermische Strahlung auf 0,95 ein, stellen Sie die relative Umgebungsfeuchtigkeit auf 50 %, stellen Sie die Umgebungstemperatur auf 25 °C ein, und stellen Sie den Abstand zwischen dem gemessenen Objekt und der Kamera auf 1,5 m ein. Dadurch wird sichergestellt, dass die gemessene Temperatur korrekt ist.
    4. Wenn die getestete Stoffprobe vorbereitet wird, fixieren Sie sie an der gleichen Stelle wie die Standard-Fabric-Probe, und zeichnen Sie dann die Temperatur des Gewebes mit dem Computer als Video auf.
  3. Einheitliches Paddersystem
    1. Stellen Sie sicher, dass der einheitliche Padder über die Rohrleitung mit dem Luftkompressor verbunden ist. Schalten Sie den Luftkompressor ein und stellen Sie seinen maximalen Ausgangsdruck auf 0,8 MPa ein.
    2. Stellen Sie die Druckregler manuell ein, um den Luftdruck auf das Paar der Klemmzylinder zu steuern, die mit der oberen Walze des Padders verbunden sind, so dass die Restfeuchtigkeit im Gewebe gesteuert werden kann. Stellen Sie sicher, dass der Druck auf beiden Seiten der Walze gleich ist, so dass der Feuchtigkeitsgehalt des Gewebes, der über jeden Bereich verteilt ist, gleichmäßig ist.
    3. Schalten Sie den Padder ein, stellen Sie sicher, dass die Walze frei drehen kann, und legen Sie dann die gesättigte Stoffprobe mit ausreichender Feuchtigkeitsaufnahme auf die obere Rolle des einheitlichen Padders, so dass das geprüfte Gewebe durch das Rollenpaar und Feuchtigkeit gedrückt werden kann Verteilung innerhalb des Gewebes kann so gesteuert werden, dass sie einheitlich ist.
    4. Schalten Sie den Padder aus.
  4. Gewicht und Dicke Messeinheit
    1. Platzieren Sie eine elektronische Waage auf einer horizontalen Plattform und beauftragen Sie sie. Legen Sie Standardgewichte für die Kalibrierung auf die Waage, damit die Probe genau gewichtet werden kann.
    2. Schneiden Sie eine rechteckige Stoffprobe mit einer Breite und einer Länge von 10 cm bzw. 31 cm aus. Schalten Sie das Dickenprüfgerät ein (siehe Tabelle der Materialien), und schließen Sie es an den Computer an. Platzieren Sie diese Stoffmuster auf der Testplattform der Finanztransaktionssteuer. Öffnen Sie die Bediensoftware der FTT, klicken Sie auf der Bedienoberfläche auf "Start", testen Sie dann automatisch die Dicke des Gewebes durch die Finanztransaktionssteuer und zeichnen Sie es auf der Bedienoberfläche auf.
  5. Trockenofeneinheit
    1. Schalten Sie den Trockenofen ein und stellen Sie sicher, dass sich keine Proben im Trockenraum befinden. Stellen Sie den Trockenofen auf eine hohe Temperatur (120 °C wird in dieser Arbeit verwendet) für 30 min, um die von der Innenwand des Ofens absorbierte Feuchtigkeit zu verdampfen.
    2. Den Trockenofen auf die gewünschte Temperatur vorheizen (45 °C wird bei dieser Arbeit verwendet), so dass der Ofen direkt zum Trocknen von Gewebeproben verwendet werden kann.

2. Prüfmuster und Herstellungsprozess

  1. Ausschneiden von quadratischen Geweben von 250 mm x 250 mm aus dem gleichen Gewebe, das für die rechteckige Stoffprobe mit Schere und einem Dreieckslineal für die Herstellung von Prüfkörpern verwendet wird (Stofffläche = 6,25 x 104 mm2). Legen Sie die Gewebeproben in den Trockenofen, um die von der Umgebung aufgenommene Feuchtigkeit zu verdampfen, damit ihr Eigengewicht erreicht werden kann.
  2. Nehmen Sie ein Stück Stoffprobe aus dem Trockenofen, dann messen Sie das Anfangsgewicht, W0, der Probe mit der elektronischen Waage.
  3. Tauchen Sie die Stoffprobe für 5 min in Wasser, um sicherzustellen, dass das Gewebe die Feuchtigkeit bis zur Sättigung absorbiert. Die gesättigte Stoffprobe auf die obere Walze des einheitlichen Padders aufteilen, um den gewünschten gleichmäßigen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt zu erhalten.
  4. Schalten Sie den Padder ein und stellen Sie einen Anfangsdruck mit den Druckreglern ein. Wenn die geflieste Probe durch das Walzenpaar geht, schalten Sie den Padder aus und entfernen Sie die Probe aus dem Padder.
  5. Messen Sie das Gewicht der Nassstoffprobe W1der Probe mit der elektronischen Waage. Die Restfeuchte des Gewebes kann als C = (W1-W0)/W0berechnet werden, und der flächendurchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt im Gewebe kann als Wa = (W 1-W0)/A.
  6. Wenn der gewünschte Feuchtigkeitsgehalt, Cd, nicht erhalten wird, trocknen Sie die Walzen zuerst mit einem Handtuch oder Papiertuch, und wiederholen Sie dann die Schritte 2.4-2.5, bis Cd eingestellt ist.
  7. Schneiden Sie bei Bedarf einen Probenstreifen aus demselben Gewebe aus, das für die Vorbereitung der Prüfprobe verwendet wird, und messen und erfassen Sie dann ihre Dicke.

3. Datenerfassung, Nachbearbeitung und Analyse

  1. Stellen Sie wie in Schritt 1.1 die Austrittstemperatur und -geschwindigkeit des Luftgebläses auf die gewünschten Werte ein und decken Sie die Düse mit der hohen thermischen Widerstandsplatine ab. Sobald die getestete Gewebeprobe vorbereitet ist (Abschnitt 2), fixieren Sie sie mit der Nadelplattenhalterung für Sequenztests und die Stromversorgung des Infrarot-Thermographen. Beginnen Sie mit der Aufzeichnung der Probentemperatur.
  2. Entfernen Sie die abgedeckte Platine, die die heiße Luft direkt auf die untere Oberfläche der getesteten Probe einschlagen kann. Beobachten Sie Veränderungen der Trocknungstemperatur des Gewebes auf dem Computer während des Trocknungsprozesses. Wenn die Trocknungstemperatur auf einen konstanten Wert ansteigt und ca. 30 s dauert, d.h. das gesampelte Gewebe bis zum Zielstatus trocken ist, beenden Sie die Aufzeichnung. Nehmen Sie die Probe von der Leuchte und verdecken Sie die Düse mit dem hohen thermischen Widerstand Board wieder.
  3. Legen Sie ggf. den Zielanalysebereich mit einem unterstützenden Nachbearbeitungswerkzeug für den Infrarot-Thermographen (für Datenplotter, Speichern usw.) so fest, dass die Trocknungsmerkmale (normalerweise, wie die Temperatur mit der Zeit variiert) dieses Punktes des getesteten Gewebes Erhalten.
  4. Navigieren Sie ggf. im Video zum Teil verschiedener Trocknungsstufen und speichern Sie den Videorahmen als farbenfrohes Bild. Dann kann die durch Heißluft getrocknete Fläche der Region durch die Bildverarbeitungsmethode nach den folgenden Schritten14berechnet werden. Zuerst grau das bunte Bild mit der gewichteten Durchschnittsmethode, um das Bild zu grauen, und binarisieren Sie dann das erhaltene Graustufenbild mit der OSTU-Methode, indem Sie den Schwellenwert auf den Graustufenwert setzen, bei dem die Temperatur im Bild nahe an der heißen Luft liegt temperatur. So kann die Fläche des getrockneten Bereichs auf dem Binarisierungsbild berechnet werden.
  5. Wiederholen Sie die Schritte 3.1-3.4 und zeichnen Sie die Trocknungseigenschaften jeder Gewebeprobe auf, indem Sie die Luftströmungsgeschwindigkeit, Temperatur, Richtung sowie Gewebematerial, physikalische Parameter usw. anpassen.
  6. Beobachten Sie alle Unterschiede bei unterschiedlicher Lufttemperatur, Luftgeschwindigkeit, Luftströmungsrichtung und Gewebedicke.

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Ergebnisse

Bei den in Abbildung 2 dargestellten Daten handelt es sich um typische Temperaturkonturen für Baumwollgewebe in verschiedenen Trocknungsstufen unter der Voraussetzung, dass Luftgeschwindigkeit und Temperatur am Düsenauslass 20,0 m/s bzw. 120 °C betragen. Aus Abbildung 2 A,B,C,D kann entnommen werden, dass unter der Lufteindrinstrocknung die Temperatur vom Zentrum zur Peripherie abfällt und Sätze konzentrischer Kr...

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Diskussion

Dieser Abschnitt enthält einige Tipps, die notwendig sind, um zuverlässige quantitative Ergebnisse zu gewährleisten. Zunächst müssen die Gewebeproben vollständig trocken gehalten werden, um sicherzustellen, dass die Anfangsgewichte korrekt sind. Dies ist durch den Trocknungsprozess (d.h. mit einem geeigneten Trockenofen) erreichbar. Wenn möglich, profitiert eine konstant gehaltene Umgebungsfeuchtigkeit vom Experiment.

Zweitens müssen die Gewebeproben gut verarbeitet sein, um sicherzustellen, d...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde durch den NSFC-Zhejiang Joint Fund for the Integration of Industrialization and Informatization (Grant-Nummer U1609205) und die National Natural Science Foundation of China (Grant-Nummer 51605443), das Schlüsselforschungs- und Entwicklungsprojekt der Die Provinz Zhejiang (Fördernummer 2018C01027), das 521 Talent Project der Zhejiang Sci-Tech University und die Young Researchers Foundation of Zhejiang Provincial Top Key Academic Discipline of Mechanical Engineering der Zhejiang Sci-tech University (Stipendium ZSTUME02B13).

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
LuftgebläseZhejiang jiaxing hanglin electromechanical equipment co., Ltd.HLJT-3380-TX10A-0.55Luftvolumen: 900 m3/s;
AnemometerKIMOMP210Messbereich: 0-40 m/s; Genauigkeit: ± 0.1 m/s
TrockenofenShanghai Shangyi Instrument Equipment Co., Ltd.DHG 101-0AGenauigkeit: 1 &Grad; C; Temperaturregelbereich: 10-300 & Grad; C
Elektronische WaageHangzhou Wante Waage Co., Ltd.WT1002Präzision: 1 &Grad; C; Bereich: 100 g
Fabric Style MessgerätSDL AtlasM293
Fabric Touch TesterSDLATLAS LtdStoffdickentester
Platte mit hohem WärmewiderstandBaiqiangFlammbeständigkeit, Hitzebeständigkeit ist größer als 200 & Grad; C
Hochtemperaturbeständige Silizium-PipelineKamoer18#Temperaturbereich: -60-200 ° C
Infrarot ThermograghHangzhou Meisheng Infrarot
Optoelektronische Technologie Co., Ltd.		R60-1009Temperaturmessbereich: -20-410 ° C; Maximaler Messfehler: ± 2 &Grad; Verifizierter
PadderYabo Textilmaschinen Co., Ltd.Walzendruck: 0,03-0,8 MPa; Stabiler Druck; Einfache Einstellung
Personal ComputerLenovo Group.L460
TemperatursensorTaiwan TES electronic industry co., Ltd.1311A-Auflösung: 1 > C; Temperaturmessbereich: -50-1350 ° C
Verifizierter Lieferant - Lieferant - C

Referenzen

  1. Wang, G., Deng, Y., Xu, X. Optimization of air jet impingement drying of okara using response surface methodology. Food Control. 59, 743-749 (2016).
  2. Etemoglu, A. B., Ulcay, Y., Can, M., Avci, A. Mathematical modelling of combined diffusion of heat and mass transfer through fabrics. Fibers and Polymers. 10 (2), 252-259 (2009).
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  4. Xiao, H. W., et al. Drying kinetics and quality of Monukka seedless grapes dried in an air-impingement jet dryer. Biosystems Engineering. 105 (2), 233-240 (2010).
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  13. Qian, M., Wang, J. H., Xiang, Z., Zhao, Z. W., Hu, X. D. Heat and moisture transfer performance of thin cotton fabric under impingement drying. Textile Research Journal. , (2018).
  14. Rafael, C. G., Richard, E. W. Digital image processing. , 3rd edition, Prentice-Hall. Englewood Cliffs, NJ. (2007).

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Schlagwörter

Feuchtigkeitsgleichm igkeitInfrarot ThermografieHei luftgebl seUniform PadderOberfl chentemperaturanalyseTrocknungsleistungTextiltrocknungImpingement Winkel

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