Articolo metodologico

Fabric Moisture Uniform Control per studiare l'influenza dei parametri dell'incisivo dell'aria sulle caratteristiche di essiccazione del tessuto

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DOI:

10.3791/59522

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19 agosto 2019

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

In questo articolo

Sommario

Presentato qui è un protocollo che garantisce una distribuzione uniforme dell'umidità iniziale all'interno di un tessuto e studia gli effetti dei parametri termodinamici dell'aria calda (velocità, temperatura e direzione) e lo spessore sull'essiccazione del tessuto (ad esempio, variazione di temperatura) a i sensi dell'impoverimento dell'aria.

Abstract

L'imping secchezza è ora un modo ampiamente utilizzato ed efficace per l'essiccazione del tessuto grazie al suo elevato calore e coefficiente di trasferimento di massa. Studi precedenti sull'essiccazione del tessuto hanno trascurato i contributi dell'uniformità di umidità e del coefficiente di diffusione al processo di essiccazione; tuttavia, di recente hanno dimostrato che hanno un'influenza significativa sulle caratteristiche di essiccazione. La presente relazione delinea una procedura passo-passo per studiare gli effetti dei parametri di impingement dell'aria sulle caratteristiche di essiccazione di un tessuto controllando l'uniformità della sua distribuzione dell'umidità della zona. Un'unità di blower ad aria calda dotata di un ugello regolabile ad angolo viene utilizzata per generare flusso d'aria con diverse velocità e temperature mentre il processo di essiccazione viene registrato e analizzato utilizzando un termografo a infrarossi. Inoltre, un padder uniforme è adattato per garantire l'uniformità dell'umidità del tessuto. L'essiccazione continua ad essere studiata in diverse condizioni iniziali modificando la temperatura, la velocità e la direzione del flusso d'aria, quindi viene valutata l'applicabilità e l'idoneità del protocollo.

Introduzione

L'essiccazione è un metodo di essiccazione molto efficace grazie al suo alto calore, al coefficiente di trasferimento di massa e al breve tempo di essiccazione. Ha attirato una vasta attenzione grazie alle sue numerose applicazioni tra cui l'industria chimica,ilcibo 1, il tessile, la tintura2, la carta che produce3,4,ecc. Ora, l'essiccazione è ampiamente utilizzata per le sue caratteristiche di trasporto avanzate, soprattutto per l'essiccazione dei tessuti nel processo di impostazione del calore5.

Il tessuto sta imping asciugato dall'array di ugelli per l'impostazione del calore. Il layout dell'ugello influisce sull'uniformità della temperatura di essiccazione, che ha un'influenza significativa sulle proprietà del tessuto, sull'efficienza dell'essiccazione e direttamente sulla superficie del tessuto. Pertanto, è necessario comprendere la distribuzione della temperatura sulla superficie tessile per progettare un array di ugelli migliore. Al momento c'è stata poca indagine in questo campo, anche se finora ci sono state molte ricerche sulle prestazioni di trasferimento di calore e umidità del processo di essiccazione del tessuto. Alcune ricerche si sono concentrate principalmente sull'evaporazione naturale di un tessuto sotto una specifica fonte di calore, in cui il processo di essiccazione non è stato coinvolto in questi studi6,7. Alcuni si sono concentrati sul trasferimento di calore e umidità del tessuto con l'essiccazione dell'aria calda, ma l'umidità e la temperatura tessile sono state considerate uniformi in questi studi8,9,10,11. Inoltre, alcuni di questi studi hanno tentato di ottenere la variazione di distribuzione della temperatura con il tempo per studiare il trasferimento di calore e umidità del tessuto sotto imping imping essiccazione.

Etemoglu et al.2 ha sviluppato un set-up sperimentale per ottenere variazioni di temperatura con il tempo del tessuto e il tempo di asciugatura totale, ma questo set-up è limitato alle misurazioni della temperatura a punto singolo. Anche la distribuzione iniziale del contenuto di umidità nel tessuto viene trascurata in questo tipo di ricerca. Wang et al.12 intendeva ottenere la distribuzione della temperatura sul tessuto incollando termocoppie sulla superficie tessile in vari punti, ma la distribuzione della temperatura superficiale non era in grado di essere ottenuta con precisione con il loro metodo. Ottenere la distribuzione della temperatura nell'area di impingement dell'aria su un tessuto con distribuzione uniforme dell'umidità è importante per la stampa industriale e la produzione di tintura, e fornirà una migliore guida sulla strategia di distribuzione e disposizione per gli oggetti essiccazione con un ugello multiugle13. La seguente procedura fornisce dettagli per studiare il trasferimento di calore e umidità di un tessuto durante il processo di essiccazione imping. Il contenuto di umidità iniziale è ben controllato per essere distribuito uniformemente, mentre la temperatura superficiale in ogni punto del tessuto si ottiene tramite l'allestimento sperimentale.

Il set-up sperimentale consiste in un'unità di blower ad aria calda, unità termografica a infrarossi, sistema di padder uniforme e altri dispositivi ausiliari. L'unità di blower ad aria calda fornisce all'aria calda una temperatura e una velocità specificate in una direzione regolabile in base ai requisiti sperimentali. L'unità termografica a infrarossi registra la cronologia della temperatura di ogni processo di essiccazione imping; così, la temperatura in ogni punto pixel del video registrato può essere estratta con uno strumento di post-elaborazione di supporto. Il sistema di padder uniforme controlla la distribuzione uniforme del contenuto di umidità in ogni punto del tessuto. Infine, viene studiata l'influenza dei parametri di impingement dell'aria sull'essiccazione del tessuto caratteristica con il metodo di controllo uniforme dell'umidità del tessuto. Il processo può essere effettuato in modo riproducibile seguendo il protocollo standard descritto di seguito.

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Protocollo

1. Configurazione sperimentale del rig

NOTA: vedere la figura 1.

  1. Unità di ventilatore ad aria calda
    1. Assicurarsi che il ventilatore ad aria calda sia collegato all'ugello dell'aria attraverso una tubazione in silicone resistente all'alta temperatura che è isolata dal calore con materiale di amianto. Regolare gradualmente l'ugello dell'aria all'angolo di inclinazione desiderabile per controllare la direzione del flusso d'aria. Per questo lavoro, l'angolo di inclinazione variavatra i 60 e i 90 gradi.
    2. Accendere il ventilatore del ventilatore d'aria e il filo di resistenza.
      NOTA: l'ordine in cui la ventola e il filo di resistenza sono accesi non può essere invertito.
    3. Impostare la temperatura di uscita del ventilatore dell'aria calda regolando gradualmente la corrente attraverso il filo di resistenza con il controller del ventilatore d'aria e misurare la temperatura del flusso d'aria utilizzando il sensore di temperatura digitale. Per questo lavoro, la temperatura dell'aria calda, T, variava tra i 70 e i 130 gradi centigradi.
    4. Misurare la velocità del flusso d'aria all'uscita dell'ugello d'aria utilizzando l'anemetro multifunzionale portatile a temperatura ambiente (RT). Per questo lavoro, la velocità dell'aria calda, Va, variava tra 8-20 m/s. Per una misurazione accurata della velocità dell'aria, la sonda deve essere perpendicolare alla direzione del flusso d'aria.
    5. Regolare gradualmente la velocità di rotazione della ventola del ventilatore dell'aria con il convertitore di frequenza per ottenere la velocità di flusso d'aria desiderata. Coprire l'ugello dell'aria con una scheda ad alta resistenza termica per disperdere il flusso di calore per evitare danni termici a persone o dispositivi.
  2. Unità termografica a infrarossi
    1. Fissare il termografo a infrarossi sul telaio di supporto direttamente sopra l'ugello d'aria con una distanza di circa 1 m. Collegare il termografo a infrarossi con il computer utilizzando il cavo di rete. Accendere il termografo a infrarossi e aprire il software operativo del termografo a infrarossi sul computer. Selezionare la modalità di connessione come Ethernet in modo che un indirizzo IP venga assegnato automaticamente al termografo a infrarossi dal computer e la temperatura dell'oggetto possa essere letta in tempo reale con il termografo a infrarossi.
    2. Fissare un pezzo di campione di tessuto standard sopra l'ugello dell'aria con l'apparecchio della piastra ad ago e regolare la distanza tra l'ugello dell'aria e il campione al valore desiderato. In questo lavoro, viene utilizzato 30 mm, che è 3 volte il diametro dell'ugello.
    3. Regolare la messa a fuoco della fotocamera e impostare i parametri di base tramite il computer. Aprire la finestra di dialogo "parametri", impostare l'unità di temperatura su C, impostare la luminosità termica su 0,95, impostare l'umidità relativa dell'ambiente al 50%, impostare la temperatura ambiente su 25 gradi centigradi e impostare la distanza tra l'oggetto misurato e la fotocamera su 1,5 m. Ciò garantirà che la temperatura misurata sia corretta.
    4. Quando viene preparato il campione di tessuto testato, correggerlo nella stessa posizione del campione di tessuto standard, quindi registrare la temperatura del tessuto con il computer come video.
  3. Sistema di padder uniforme
    1. Assicurarsi che il padder uniforme sia collegato al compressore d'aria attraverso la conduttura. Accendere il compressore d'aria e impostare la sua pressione massima di uscita a 0,8 MPa.
    2. Regolare manualmente i regolatori di pressione per controllare la pressione dell'aria alla coppia dei cilindri di morsetto, che sono collegati al rullo superiore della pastiglia, in modo che l'umidità residua nel tessuto possa essere controllata. Assicurarsi che la pressione su entrambi i lati del rullo sia uguale in modo che il contenuto di umidità del tessuto distribuito su ogni area sia uniforme.
    3. Accendere il padder, assicurarsi che il rullo può ruotare liberamente, quindi mettere il campione di tessuto saturo con sufficiente assorbimento dell'umidità sul rullo superiore del padder uniforme, in modo che il tessuto testato può essere spremuto attraverso la coppia di rulli e l'umidità distribuzione all'interno del tessuto può essere controllata per essere uniforme.
    4. Spegnere il padder.
  4. Unità di misura del peso e dello spessore
    1. Posizionare una bilancia elettronica su una piattaforma orizzontale e tare. Posizionare i pesi standard sulla bilancia per la calibrazione in modo che il campione possa essere pesato con precisione.
    2. Ritagliare un campione di tessuto rettangolare con una larghezza e una lunghezza rispettivamente di 10 e 31 cm. Accendere lo strumento di prova dello spessore (vedere Tabella deimateriali) e collegarlo al computer. Posizionare questi campioni di tessuto sulla piattaforma di prova dell'ITF. Aprire il software operativo della FTT, fare clic su "start" sull'interfaccia operativa, quindi testare automaticamente lo spessore del tessuto da FTT e registrarlo sull'interfaccia operativa.
  5. Asciugatura unità stove
    1. Accendere la stiva di essiccazione e assicurarsi che nessun campione sia nella stanza di essiccazione. Impostare la stufa di essiccazione ad una temperatura elevata (120 gradi centigradi viene utilizzata in questo lavoro) per 30 min per far evaporare l'umidità assorbita dalla parete interna della stufa.
    2. Preriscaldare la stufa di essiccazione alla temperatura desiderata (45 gradi centigradi viene utilizzata in questo lavoro) in modo che la stufa possa essere utilizzata direttamente per essiccare campioni di tessuto.

2. Prova dell'esemplare e del processo di produzione

  1. Ritagliare i tessuti quadrati di 250 mm x 250 mm dallo stesso tessuto utilizzato per il campione di tessuto rettangolare con le forbici e un righello triangolare per la produzione di campioni di prova (area del tessuto : 6,25 x 104 mm2). Mettere gli esemplari di tessuto nella stufa di essiccazione per far evaporare l'umidità residente assorbita dall'ambiente in modo che il loro peso netto possa essere ottenuto.
  2. Estrarre un pezzo di pezzo di tessuto dalla stufa di essiccazione, quindi misurare il peso iniziale, W0, del campione con l'equilibrio elettronico.
  3. Immergere il campione di tessuto in acqua per 5 min per garantire che il tessuto assorba l'umidità fino alla saturazione. Affiancare il campione di tessuto saturo sul rullo superiore del padpad uniforme per ottenere il contenuto di umidità iniziale desiderato.
  4. Accendere il padder e impostare una pressione iniziale con i regolatori di pressione. Mentre il campione piastrellato passa attraverso la coppia di rulli, spegnere il padder e rimuovere il campione dal padder.
  5. Misurare il peso del campione di tessuto bagnato, W1, del campione con la bilancia elettronica. L'umidità residua del tessuto può essere calcolata come C (W1-W0)/W0, e il contenuto medio di umidità dell'area nel tessuto può essere calcolato come Wa ( W (W 1-W0)/A.
  6. Se il contenuto di umidità desiderato, Cd, non si ottiene, asciugare prima i rulli con un asciugamano o un tovagliolo di carta, quindi ripetere i passaggi 2.4-2.5 fino a quando non è impostato Cd.
  7. Se necessario, ritagliare una striscia campione dallo stesso tessuto utilizzato per preparare il campione di prova, quindi misurarne e registrarne lo spessore.

3. Acquisizione, post-elaborazione e analisi dei dati

  1. Come fatto nel passaggio 1.1, impostare la temperatura di uscita e la velocità del goniolo d'aria sui valori desiderati e coprire l'ugello con la scheda ad alta resistenza termica. Una volta preparato il campione di tessuto testato (sezione 2), fissarlo con l'apparecchio a platura ad ago per il test della sequenza e la potenza sul termografo a infrarossi. Iniziare a registrare la temperatura del campione.
  2. Rimuovere direttamente la scheda coperta che l'aria calda può incidere sulla superficie inferiore del campione testato. Osservare i cambiamenti nella temperatura di essiccazione del tessuto sul computer durante il processo di essiccazione. Quando la temperatura di essiccazione aumenta ad un valore costante e dura circa 30 s, il che significa che il tessuto campionato è asciutto allo stato di destinazione, interrompere la registrazione. Togliere il campione dall'apparecchio e coprire nuovamente l'ugello con la scheda ad alta resistenza termica.
  3. Se necessario, impostare l'area di analisi di destinazione con uno strumento di supporto di post-elaborazione per il termografo a infrarossi (per la tracciatura dei dati, il salvataggio, ecc.) in modo che le caratteristiche di essiccazione (normalmente come la temperatura varia con il tempo) di quel punto del tessuto testato possono essere Ottenuto.
  4. Se necessario, navigare il video alla porzione di diverse fasi di essiccazione e salvare il fotogramma del video come immagine colorata. Quindi, l'area della regione essiccata dall'aria calda può essere calcolata con il metodo di elaborazione delle immagini secondo i seguenti passaggi14. In primo luogo, grigio l'immagine colorata con il metodo medio ponderato per scalare di grigi l'immagine, quindi binarizzare l'immagine in scala di grigi ottenuta con il metodo OSTU impostando la soglia sul valore della scala di grigi in cui la temperatura nell'immagine è vicina all'aria calda temperatura. Pertanto, l'area della regione essiccata può essere calcolata sull'immagine binarizzazione.
  5. Ripetere i passaggi da 3.1-3.4 e registrare le caratteristiche di essiccazione di ogni campione di tessuto regolando la velocità del flusso d'aria, la temperatura, la direzione, nonché il materiale del tessuto, i parametri fisici, ecc.
  6. Osservare tutte le differenze in condizioni variabili per la temperatura dell'aria, la velocità dell'aria, la direzione del flusso d'aria e lo spessore del tessuto.

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Risultati

I dati presentati nella Figura 2 sono i contorni tipici della temperatura per il tessuto di cotone in diverse fasi di essiccazione a condizione che la velocità dell'aria e la temperatura all'uscita dell'ugello siano rispettivamente di 20,0 m/s e 120 gradi centigradi. Si può capire dalla figura 2A,B,C,D che sotto l'essiccazione dell'effetto dell'aria, la temperatura decade dal centro alla periferia e forme insiemi...

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Discussione

Questa sezione fornisce alcuni suggerimenti necessari per garantire risultati quantitativi affidabili. In primo luogo, gli esemplari di tessuto devono essere tenuti completamente asciutti per garantire che i pesi iniziali siano corretti. Ciò è realizzabile attraverso il processo di essiccazione (cioè utilizzando una stove di essiccazione adatta). Se possibile, un'umidità dell'ambiente che viene mantenuta costante beneficia l'esperimento.

In secondo luogo, i campioni di tessuto devono essere be...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato sostenuto dal Fondo congiunto NSFC-zhejiang per l'integrazione dell'industrializzazione e della formattatità (numero di sovvenzione U1609205) e dalla National Natural Science Foundation of China (numero di sovvenzione 51605443), il Progetto chiave di Ricerca e Sviluppo La Provincia di ejiang (numero di sovvenzione 2018C01027), il 521 Talent Project dell'Università Sci-Tech di Ehejiang e la Young Researchers Foundation della Top Key Discipline of Mechanical Engineering dell'Università Sci-tech (grant numero sTUME02B13).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Ventilatore d'ariaZhejiang jiaxing hanglin apparecchiature elettromeccaniche co., Ltd.HLJT-3380-TX10A-0.55Volume d'aria: 900 m3/s;
AnemometroKIMOMP210Campo di misura: 0-40 m/s; Precisione: ± 0,1 m/s
Stufa di essiccazioneShanghai Shangyi Instrument Equipment Co., Ltd.Precisione DHG 101-0A: 1 gradi; C; Intervallo di controllo della temperatura: 10-300 ° C
Bilancia elettronicaHangzhou Wante Weighing Instrument Co., Ltd.WT1002Precisione: 1 ° C; Intervallo: 100 g
Strumento di misura dello stile del tessutoSDL AtlasM293
Tester tattile del tessutoSDLATLAS LtdTester di spessore del tessuto
Scheda ad alta resistenza termicaBaiqiangResistenza alla fiamma, la resistenza al calore è superiore a 200 ... C
Tubazione in silicone resistente alle alte temperatureKamoer18#Intervallo di temperatura: -60-200 ° C
Termografo a infrarossiHangzhou Meisheng Infrared
Optoelectronic Technology Co., Ltd.		R60-1009Campo di misura della temperatura: -20-410 ° C; Errore di misura massimo: ± 2 ° C
PadderYabo macchine tessili co., Ltd.Pressione del rullo: 0,03-0,8 MPa; Pressione stabile; Facile regolazione
Personal ComputerLenovo Group.L460
Taiwan TES electronic industry co., Ltd.Risoluzione 1311A: 1 ° grado C; Campo di misura della temperatura: -50-1350 ° E
Sensore di temperatura

Riferimenti

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