방법 논문

직물 수분 균일 제어는 직물 건조 특성에 공기 충돌 매개 변수의 영향을 연구

4.8K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/59522

⸱

2019년 8월 19일

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

이 논문에서

요약

여기에 제시된 프로토콜은 직물 내부의 초기 수분의 균일한 분포를 보장하고 열공기 열역학적 파라미터(속도, 온도 및 방향)와 직물건조에 대한 두께의 영향을 조사하는 프로토콜입니다. 공기 충돌 조건하에서 특성(예: 온도 변화)을 제공합니다.

초록

건조를 방해하는 것은 이제 높은 열 및 질량 전달 계수로 인해 직물 건조에 널리 사용되고 효과적인 방법입니다. 직물 건조에 대한 이전의 연구는 건조 공정에 수분 균일성 및 확산 계수의 기여를 무시; 하지만, 그들은 최근에 건조 특성에 큰 영향을 미칠 것으로 나타났습니다. 이 보고서는 영역 수분 분포의 균일성을 제어하여 직물의 건조 특성에 대한 공기 충돌 매개변수의 영향을 조사하는 단계별 절차를 설명합니다. 각도 조절 식 노즐이 장착 된 열풍 송풍기 장치는 건조 공정이 적외선 열모 그래피를 사용하여 기록되고 분석되는 동안 다른 속도와 온도로 공기 흐름을 생성하는 데 사용됩니다. 또한, 균일 한 패드는 직물의 수분 균일성을 보장하기 위해 적응된다. 임프팅 건조는 공기 흐름 온도, 속도 및 방향을 변경하여 다양한 초기 조건하에서 연구된 다음 프로토콜의 적용 가능성과 적합성을 평가합니다.

서론

임칭 건조는 높은 열, 질량 전달 계수 및 짧은 건조 시간으로 인해 매우 효과적인 건조 방법입니다. 화학 공업, 식품 1, 섬유, 염색2,제지3,4등 다양한 응용 분야로 인해 광범위한 관심을 끌고 있습니다. 지금, 임킹 건조널리 열 설정 과정에서 섬유의 건조, 향상된 수송 특성에 사용된다5.

직물은 열 설정을위한 노즐 어레이에 의해 건조되는 것을 방해합니다. 노즐 레이아웃은 직물 특성, 건조 효율 및 직물 표면에 직접 큰 영향을 미치는 건조 온도의 균일성에 영향을 미칩니다. 따라서, 더 나은 노즐 어레이를 설계하기 위해 섬유 표면의 온도 분포를 이해할 필요가있다. 현재까지 이 분야에 대한 조사는 거의 없었지만, 지금까지 직물 건조 공정의 열 및 수분 전달 성능에 대한 연구가 많이 있었습니다. 일부 연구는 주로 특정 열원 하에서 섬유의 자연 증발에 초점을 맞추고있다, 있는 임킹 건조 과정은 이러한 연구에 관여하지 않았다6,7. 일부는 열 공기 건조와 섬유의 열 및 수분 전달에 초점을 맞추고있다, 그러나 섬유습기와 온도는 이러한 연구에서 균일 한 것으로 가정했다 8,9,10,11. 더욱이, 이러한 연구의 몇몇은 건조를 방해하는 섬유의 열 및 수분 전달을 연구하기 위한 시간으로 온도 분포 변화를 얻기 위해 시도했다.

Etemoglu 등2는 직물의 시간 및 총 건조 시간에 따라 온도 변화를 얻기 위한 실험 적 셋업을 개발했지만, 이러한 설정은 단일 지점 온도 측정으로 제한됩니다. 직물의 초기 수분 함량 분포는 이러한 유형의 연구에서도 무시됩니다. Wang 등12는 섬유 표면에 열전대를 여러 지점에 붙여서 직물에 온도 분포를 얻기 위한 것이었지만, 표면 온도 분포는 그 방법으로 정확하게 얻을 수 없었다. 습도 분포가 균일한 직물의 공기 충돌 영역에서 온도 분포를 얻는 것은 산업 인쇄 및 염색 생산에 중요하며 물체의 분배 및 배치 전략에 대한 더 나은 지침을 제공합니다. 멀티 노즐13으로건조. 다음 절차는 충돌 건조 공정 동안 직물의 열 및 수분 전달을 연구하는 세부 사항을 제공합니다. 초기 수분 함량은 균등하게 분포하도록 잘 제어되며, 직물의 모든 지점에서 표면 온도는 실험 설정을 통해 얻어진다.

실험 설정은 열풍 송풍기 장치, 적외선 써모그래피 장치, 균일 한 패드 시스템 및 기타 보조 장치로 구성됩니다. 열풍 송풍기 장치는 실험 요구 사항에 따라 조정 가능한 방향으로 지정된 온도와 속도를 가진 뜨거운 공기를 공급합니다. 적외선 써모그래피 장치는 각 충돌 건조 공정의 온도 기록을 기록합니다. 따라서, 녹화된 비디오의 각 픽셀 지점에서의 온도는 지원 후처리 도구로 추출될 수 있다. 균일 한 패드 시스템은 직물의 모든 지점에서 수분 함량의 균일 한 분포를 제어합니다. 마지막으로, 직물 수분 균일 제어 방법을 사용하여 직물 건조 특성에 대한 공기 충돌 매개 변수의 영향을 조사합니다. 이 과정은 아래에 설명된 표준 프로토콜에 따라 재현 가능한 방식으로 수행될 수 있다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

프로토콜

1. 실험 장비 설정

참고: 그림1을 참조하십시오.

  1. 열풍 송풍기 장치
    1. 석면 재료로 단열된 고온 내성 실리콘 파이프라인을 통해 열풍 송풍기가 공기 노즐에 연결되어 있는지 확인합니다. 공기 노즐을 바람직한 경사 각도로 점진적으로 조정하여 공기 흐름 방향을 제어합니다. 이 작업의 경우 경사 각도, α는 60 ° 및 90 ° 사이에서 다양합니다.
    2. 에어 블로어 팬과 저항 와이어를 켭타.
      참고: 팬과 저항 와이어가 켜져 있는 순서는 되돌릴 수 없습니다.
    3. 공기 송풍기의 컨트롤러와 저항 와이어를 통해 전류를 점진적으로 조정하여 열풍 송풍기의 출구 온도를 설정하고 디지털 온도 센서를 사용하여 공기 흐름 온도를 측정합니다. 이 작업을 위해, 열공기 온도, T, 70 °C와 130 °C 사이에서 변화하였다.
    4. 실온(RT)에서 핸드헬드 다기능 풍속계를 사용하여 공기 노즐의 출구에서 공기 흐름 속도를 측정합니다. 이 작품의 경우, 뜨거운 공기 속도, Va,8-20 m/s 사이에서 다양. 공기 속도를 정확하게 측정하려면 프로브가 공기 흐름 방향에 수직이어야 합니다.
    5. 주파수 컨버터를 사용하여 에어 블로어 팬의 회전 속도를 점진적으로 조정하여 원하는 공기 흐름 속도를 얻습니다. 열 저항 보드가 높은 공기 노즐을 덮어 열 흐름을 분산하여 사람이나 장치에 열 손상을 방지합니다.
  2. 적외선 써모그래프 유닛
    1. 적외선 써모그래프를 약 1m 거리로 에어 노즐 바로 위에 있는 지지 프레임에 고정합니다. 인터넷 케이블을 사용하여 적외선 써모그래프를 컴퓨터와 연결합니다. 적외선 써모그래프의 전원을 켜고 컴퓨터에서 적외선 써모그래프의 작동 소프트웨어를 엽니다. 컴퓨터에서 IP 주소가 적외선 써모그래프에 자동으로 할당되고 적외선 써모그래피로 물체 온도를 실시간으로 판독할 수 있도록 연결 모드를 이더넷으로 선택합니다.
    2. 바늘 플레이트 고정장치로 공기 노즐 위에 표준 패브릭 샘플을 고정하고 공기 노즐과 샘플 사이의 거리를 원하는 값으로 조정합니다. 이 작업에서는 노즐 직경의 3배인 30mm가 사용됩니다.
    3. 카메라의 초점을 조정하고 컴퓨터를 통해 기본 매개 변수를 설정합니다. "파라미터" 대화 상자를 열고 온도 단위를 °C로 설정하고 열 복사를 0.95로 설정하고 주변 상대 습도를 50%로 설정하고 주변 온도를 25°C로 설정하고 측정된 물체와 카메라 사이의 거리를 1.5m로 설정합니다. 이렇게 하면 측정된 온도가 올바른지 확인할 수 있습니다.
    4. 테스트된 패브릭 샘플이 준비되면 표준 패브릭 샘플과 동일한 위치에 고정한 다음 컴퓨터와 함께 직물의 온도를 비디오로 기록합니다.
  3. 균일 한 패드 시스템
    1. 균일한 패드가 파이프라인을 통해 공기 압축기에 연결되어 있는지 확인합니다. 공기 압축기의 전원을 켜고 최대 출력 압력을 0.8MPa로 설정합니다.
    2. 수동으로 패브릭의 잔류 수분을 제어 할 수 있도록, 패드더의 상부 롤러에 연결되어 클램프 실린더의 부부에 공기 압력을 제어하기 위해 압력 조절기를 조정합니다. 각 영역에 분포된 직물의 수분 함량이 균일하도록 롤러의 양쪽에 압력이 동일한지 확인합니다.
    3. 패드의 전원을 켜고 롤러가 자유롭게 회전 할 수 있는지 확인한 다음 균일 한 패드의 상부 롤러에 충분한 수분 흡수가있는 포화 된 직물 샘플을 롤러 커플과 습기를 통해 압착 할 수 있도록하십시오. 직물 내부의 분포는 균일하게 제어 될 수있다.
    4. 패드 전원을 끄고 전원을 끄습니다.
  4. 무게 및 두께 측정 장치
    1. 수평 플랫폼에 전자 저울을 놓고 그것을 타레. 시편을 정확하게 가중할 수 있도록 교정을 위해 저울에 표준 분동을 놓습니다.
    2. 각각 폭과 길이가 10cm, 31cm인 직사각형 패브릭 샘플을 잘라냅니다. 두께 테스트 기기의 전원(재료 표참조)을 켜고 컴퓨터에 연결합니다. 이러한 직물 샘플을 FTT의 테스트 플랫폼에 놓습니다. FTT의 작동 소프트웨어를 열고 작동 인터페이스에서 "시작"을 클릭한 다음 FTT에 의해 직물의 두께를 자동으로 테스트하고 작동 인터페이스에 기록합니다.
  5. 건조 스토브 유닛
    1. 건조 스토브에 전원을 공급하고 건조실에 샘플이 없는지 확인합니다. 건조 스토브를 고온(이 작업에 사용되는 120°C)으로 30분 동안 설정하여 난로의 내벽에 흡수된 수분을 증발시다.
    2. 건조 스토브를 원하는 온도(이 작업에 45°C)로 예열하여 스토브를 건조 직물 시료에 직접 사용할 수 있도록 합니다.

2. 시험 표본 및 제조 공정

  1. 시험편의 제조를 위한 가위와 삼각형 눈금판이 있는 직사각형 직물 샘플에 사용되는 동일한 직물에서 250mm x 250mm의 정사각형 원단을 잘라냅니다(직물면적 = 6.25 × 104 mm 2). 직물 시편을 건조 스토브에 넣어 환경에서 흡수 된 상주 수분을 증발시켜 순 중량을 얻을 수 있습니다.
  2. 건조 스토브에서 직물 시편의 한 조각을 꺼내 전자 저울로 샘플의 초기 중량 W0을 측정합니다.
  3. 직물 샘플을 물에 5 분 동안 담그면 직물이 포화 될 때까지 수분을 흡수할 수 있습니다. 포화 직물 샘플을 균일 한 패드의 상부 롤러에 타일로 배열하여 원하는 초기 수분 함량을 얻습니다.
  4. 패드에 전원을 공급하고 압력 조절기로 초기 압력을 설정합니다. 타일 샘플이 롤러 커플을 통과할 때 패드더의 전원을 끄고 패드더에서 샘플을 제거합니다.
  5. 전자 저울로 샘플의 습식 직물 샘플, W1의무게를 측정합니다. 직물의 잔류 수분은 C = (W1-W0)/W0으로계산할 수 있으며, 직물의 면적 평균 수분 함량은 W= = (W)로 계산될 수 있습니다. 1-W0)/A.
  6. 원하는 수분 함량이 있는 경우 Cd는 구되지 않은 경우, 먼저 수건이나 종이 타월로 롤러를 말린 다음 C d가 설정될 때까지 2.4-2.5단계를 반복합니다.
  7. 필요한 경우 시험 시편을 준비하는 데 사용되는 동일한 직물에서 샘플 스트립을 잘라낸 다음 두께를 측정하고 기록하십시오.

3. 데이터 수집, 후처리 및 분석

  1. 1.1단계에서 수행한 것처럼 에어 블로어의 출구 온도와 속도를 원하는 값으로 설정하고 높은 내열 보드로 노즐을 덮습니다. 테스트된 패브릭 샘플이 준비되면(섹션 2) 적외선 써모그래피의 시퀀스 테스트 및 전력을 위한 바늘 플레이트 고정장치로 고정합니다. 샘플 온도를 기록하기 시작합니다.
  2. 뜨거운 공기가 테스트된 샘플의 하부 표면에 직접 충돌할 수 있는 덮인 보드를 제거합니다. 건조 공정 중에 컴퓨터의 직물의 건조 온도 변화를 관찰하십시오. 건조 온도가 일정한 값으로 증가하고 약 30s 동안 지속되면 샘플링 된 직물이 목표 상태로 건조됨을 의미하며, 기록을 중지합니다. 샘플을 고정물에서 멀리 가져가고 높은 열 저항 보드로 노즐을 다시 덮습니다.
  3. 필요한 경우 적외선 써모그래피(데이터 플로팅, 절약 용 등)를 위한 지원 후처리 도구를 사용하여 대상 분석 영역을 설정하여 테스트된 원단의 해당 지점의 건조 기능(일반적으로 온도가 시간에 따라 달라지는 방법)이 되도록 할 수 있습니다. 얻은.
  4. 필요한 경우 비디오를 다른 건조 단계의 일부로 탐색하고 비디오 프레임을 다채로운 이미지로 저장합니다. 이어서, 열풍에 의해 건조된 영역은 다음 단계(14)에 따른영상 처리 방법에 의해 계산될 수 있다. 먼저, 이미지의 온도가 뜨거운 공기에 가까운 그레이스케일 값으로 임계값을 설정하여 OSTU 방법으로 획득한 그레이스케일 이미지를 비나리화하여 이미지를 그레이스케일로 가중평균하는 방법으로 다채로운 이미지를 회색으로 표시한 다음, OSTU 방법으로 획득한 그레이스케일 이미지를 비나리화합니다. 온도. 따라서, 건조된 영역의 면적은 이나화 이미지상에서 계산될 수 있다.
  5. 3.1-3.4 단계를 반복하고 공기 흐름 속도, 온도, 방향뿐만 아니라 직물 재료, 물리적 매개 변수 등을 조정하여 각 직물 샘플의 건조 특성을 기록합니다.
  6. 다양한 공기 온도, 공기 속도, 공기 흐름 방향 및 직물 두께에서 모든 차이를 관찰합니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

결과

그림 2에 제시된 데이터는 노즐 출구의 공기 속도와 온도가 각각 20.0 m/s 및 120°C라는 조건하에서 다양한 건조 단계에서 면 직물의 일반적인 온도 윤곽입니다. 그림 2A, B, C, D에서 볼 수 있습니다 그 공기 충돌 건조, 온도 는 중심에서 주변으로 감소하고 동심 원의 세트를 형성한다. 한편, 온도는 직접 충돌 영역의 가장자리에서 극적으로 감소한다. 임의 궤적을 따라 온도 분포는 적외선 써모그래프용 특수 지원 후처리 도구로 그릴 수 있습니다. 그림 2 E는 일반적인 건조 공정에서 다양한 단계에서 직물의 수평 중심선을 따라 온도를 표시합니다. 이는 직물의 높은 확산 계수 또는 열 저항에 의해 수평 방향으로 발생하며, 건조 시간을 50초로 연장...

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

토론

이 섹션에서는 신뢰할 수 있는 정량적 결과를 보장하는 데 필요한 몇 가지 팁을 제공합니다. 첫째, 초기 분동이 올바른지 확인하기 위해 직물 시편을 완전히 건조하게 유지해야 합니다. 이것은 건조 공정 (즉, 적합한 건조 스토브를 사용하여)을 통해 달성 할 수 있습니다. 가능하면 일정하게 유지되는 환경 습도가 실험에 유익합니다.

둘째, 직물 시편은 직물의 각 영역의 수분이 균일하다는 것을 보장하기 위해 잘 가공되어야 합니다. 이것은 균일 한 패드 또는 유사한 프로세스로 수동으로 처리하여 수행 할 수 있습니다. 균일 한 패드를 작동하기위한 열쇠는 상단 롤러의 양쪽에 클램핑 실린더에 공급 되는 공기 압력이 동일한지 확인 하는 것입니다., 직물에 프레스 힘 차이 방지.

정확한 온도를 얻으려면 적외선 써모그래프의 적절한 교정이 보장되어야 합니다. 한편, 온도 기록 프로세스는 높은 열 저항 보드를 제거하기 전에 수동으로 몇 초 전에 시작되므로...

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

공개 사항

저자는 공개 할 것이 없다.

감사의 글

이 사업은 산업화 및 정보화 통합을 위한 NSFC-절강 공동 기금(보조금 번호 U1609205)과 중국 국립 자연과학 재단(보조금 번호 51605443)의 주요 연구 개발 프로젝트에 의해 지원되었습니다. 절강성 (교부금 번호 2018C01027), 절강 공상 과학 대학의 521 인재 프로젝트, 절강 공상 과학 기술 대학의 기계 공학의 최고 주요 학문 분야의 젊은 연구자 재단 (보조금) 번호 ZSTUME02B13).

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
공기 송풍기Zhejiang jiaxing hanglin 전기 기계 장비 co., 주식 회사.HLJT-3380-TX10A-0.55공기량: 900m3/s;
풍속계KIMOMP210측정 범위: 0-40m/s; 정확도: ± 0.1m/s
건조 스토브Shanghai Shangyi Instrument Equipment Co., Ltd.DHG 101-0A정밀도 : 1 > C; 온도 제어 범위:10-300 > C
전자 저울Hangzhou Wante Weighing Instruments Co., Ltd.WT1002정밀도: 1 > C; 범위 : 100g
패브릭 스타일 측정기SDL AtlasM293
패브릭 터치 테스터SDLATLAS Ltd패브릭 두께 테스터
높은 내열 보드Baiqiang난연성, 내열성은 200 °C 이상입니다. C
고온 내성 실리콘 파이프 라인Kamoer18 #온도 범위 : -60-200 °C; C
적외선 Thermogragh항저우 Meisheng 적외선
광전자 공학 기술 Co., 주식 회사.		R60-1009온도 측정 범위: -20-410 > C; 최대 측정 오류: ± 2 ° 공급자:C
PadderYabo 직물 기계장치 co., 주식 회사.롤러 압력: 0.03-0.8 MPa; 안정되어 있는 압력; 쉬운 조정
개인용 컴퓨터Lenovo Group.L460
온도 센서대만 TES 전자 산업 co., Ltd.1311A해상도: 1 > C; 온도 측정 범위: -50-1350 > 씨

참고문헌

  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).
  3. Di, M. P., Frigo, S., Gabbrielli, R., Pecchia, S. Mathematical modelling and energy performance assessment of air impingement drying systems for the production of tissue paper. Energy. 114 (2), 201-213 (2016).
  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).
  5. Gu, M. Study on optimum temperature value setting for the heat-setting process based on PSO. 3rd International Conference on Advances in Energy, Environment and Chemical Engineering. 69, (2017).
  6. Aihua, M., Yi, L. Numerical heat transfer coupled with multidimensional liquid moisture diffusion in porous textiles with a measurable-parameterized model. Numerical Heat Transfer Part A - Applications. 56 (3), 246-268 (2009).
  7. Angelova, R. A., et al. Heat and mass transfer through outerwear clothing for protection from cold: influence of geometrical, structural and mass characteristics of the textile layers. Textile Research Journal. 87 (9), 1060-1070 (2017).
  8. Wei, Y., Hua, J., Ding, X. A mathematical model for simulating heat and moisture transfer within porous cotton fabric drying inside the domestic air-vented drum dryer. The Journal of The Textile Institute. 108 (6), 1074-1084 (2016).
  9. Cay, A., Gurlek, G., Oglakcioglu, N. Analysis and modeling of drying behavior of knitted textile materials. Drying Technology. 35 (4), 509-521 (2017).
  10. Neves, S. F., Campos, J. B. L. M., Mayor, T. S. On the determination of parameters required for numerical studies of heat and mass transfer through textiles - Methodologies and experimental procedures. International Journal of Heat and Mass Transfer. 81, 272-282 (2015).
  11. Sousa, L. H. C. D., Motta Lima, O. C., Pereira, N. C. Analysis of drying kinetics and moisture distribution in convective textile fabric drying. Drying Technology. 24 (4), 485-497 (2006).
  12. Wang, X., Li, W., Xu, W., Wang, H. Study on the Surface Temperature of Fabric in the Process of Dynamic Moisture Liberation. Fibers and Polymers. 15 (11), 2437-2440 (2014).
  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).

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재인쇄 및 허가

이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청

허가 요청

태그

관련 논문