Methodenartikel

Stof vocht uniforme controle om de invloed van lucht impingement parameters op stof drogen kenmerken te bestuderen

4.8K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/59522

⸱

19 augustus 2019

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

In dit artikel

Samenvatting

Hier is een protocol dat garandeert uniforme verdeling van de initiële vochtigheid binnenkant van een stof en onderzoekt de effecten van hete lucht thermodynamische parameters (snelheid, temperatuur, en richting) en de dikte van het drogen van de stof kenmerken (bijv. temperatuur variatie) onder de voorwaarde van lucht impingement.

Samenvatting

Het afsteken van droogheid is nu een veelgebruikte en effectieve manier voor het drogen van stoffen vanwege de hoge warmte-en massa overdrachts coëfficiënt. Eerdere studies over het drogen van stoffen hebben de bijdragen van de vocht uniformiteit en de diffusiecoëfficiënt voor het droogproces verwaarloosd; ze hebben echter onlangs aangetoond dat ze een aanzienlijke invloed hebben op de droog karakteristieken. Dit verslag schetst een stapsgewijze procedure om de effecten van luchtimpingement parameters op de droog karakteristieken van een stof te onderzoeken door de uniformiteit van de vocht verdeling in het gebied te beheersen. Een heteluchtblower die is uitgerust met een hoek instelbare nozzle wordt gebruikt om luchtstroom te genereren met verschillende snelheden en temperaturen terwijl het droogproces wordt geregistreerd en geanalyseerd met behulp van een infrarood thermograaf. Daarnaast is een uniforme padder aangepast om de vocht uniformiteit van de stof te garanderen. Het afwakend drogen wordt onder verschillende initiële omstandigheden bestudeerd door de luchtstroom temperatuur,-snelheid en-richting te veranderen, waarna de toepasbaarheid en geschiktheid van het protocol worden geëvalueerd.

Inleiding

Het drogen van de randen is een zeer effectieve droogmethode vanwege de hoge hitte, massa overdrachts coëfficiënt en korte droogtijd. Het heeft veel aandacht getrokken vanwege de vele toepassingen, waaronder de chemische industrie, voedsel1, textiel, het verven van2, papier maken3,4, enz. Nu wordt het drogen op grote schaal gebruikt voor zijn verbeterde transport kenmerken, vooral voor het drogen van textiel in de warmte-instelling5.

De stof wordt door de nozzle-array voor de warmte-instelling aan de pomp geklampt. Mondstuk indeling beïnvloedt de uniformiteit van de droogtemperatuur, die een aanzienlijke invloed heeft op de stof eigenschappen, de droogefficiëntie en direct op het weefseloppervlak. Zo is het noodzakelijk om de temperatuurverdeling op het textiel oppervlak te begrijpen om een betere nozzle-array te ontwerpen. Er is op dit gebied weinig onderzoek gedaan, hoewel er tot nu toe veel onderzoek is gedaan naar de hitte-en vocht overdrachts prestaties van het stof droogproces. Sommige onderzoek heeft zich voornamelijk gericht op de natuurlijke verdamping van een textiel onder een gespecificeerde warmtebron, waarbij het onafwakende droogproces niet betrokken was bij deze onderzoeken6,7. Sommige hebben zich gericht op warmte-en vochtoverdracht van het textiel met hete lucht drogen, maar de textiel vochtigheid en temperatuur werden verondersteld uniform te zijn in deze studies8,9,10,11. Bovendien, een paar van deze studies geprobeerd te verkrijgen van de temperatuurverdeling variatie met de tijd voor het bestuderen van de warmte en vochtoverdracht van de textiel onder het opsteken van drogen.

Etemoglu et al.2 ontwikkelde een experimentele opstelling voor het verkrijgen van temperatuur variatie met de tijd van de stof en de totale droogtijd, maar deze opstelling is beperkt tot éénpunts temperatuurmetingen. De initiële vochtgehalte verdeling in de stof wordt ook verwaarloosd in dit soort onderzoek. Wang et al.12 bedoeld om temperatuurverdeling op de stof te verkrijgen door het plakken van thermokoppels op het textiel oppervlak op verschillende punten, maar de oppervlaktetemperatuur verdeling kon niet nauwkeurig worden verkregen met hun methode. Het verkrijgen van een temperatuurverdeling in de lucht-impingement-ruimte op een stof met een gelijkmatige vochtigheids verdeling is belangrijk voor de productie van industrieel printen en verven, en het zal een betere leidraad bieden voor de distributie-en arrangement strategie voor object drogen met een multi-nozzle13. De volgende procedure bevat Details voor het bestuderen van de warmte-en vochtoverdracht van een stof tijdens het wakend droogproces. Het aanvankelijke vochtgehalte wordt goed gecontroleerd om gelijkmatig te worden verdeeld, terwijl de oppervlaktetemperatuur op elk punt van de stof wordt verkregen via de experimentele opstelling.

De experimentele opstelling bestaat uit een heteluchtventilator, een infrarood thermograaf eenheid, een uniform padder systeem en andere hulpinrichtingen. De heteluchtventilator unit levert de hete lucht met een gespecificeerde temperatuur en snelheid in een instelbare richting volgens de experimentele eisen. De infrarood thermograph-eenheid registreert de temperatuur historie van elk verdraaiend droogproces; Zo kan de temperatuur op elk pixel punt van de opgenomen video worden geëxtraheerd met een ondersteunende post-processing tool. Het uniforme padder-systeem regelt de gelijkmatige verdeling van het vochtgehalte op elk punt van de stof. Ten slotte wordt de invloed van luchtimpingement parameters op stof drogen karakteristiek met stof vocht uniforme controlemethode onderzocht. Het proces kan op een reproduceerbare manier worden uitgevoerd volgens het hieronder beschreven standaardprotocol.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. experimentele rig-opstelling

Opmerking: Zie afbeelding 1.

  1. Heteluchtventilator eenheid
    1. Zorg ervoor dat de hete luchtblazer is aangesloten op de luchtmondstuk door middel van een hoge temperatuur resistente siliconen pijpleiding die warmte-geïsoleerd met asbest materiaal. Stel de luchtmondstuk geleidelijk in op de gewenste hellingshoek om de luchtstroom richting te regelen. Voor dit werk varieerde de hellingshoek, α, tussen 60 ° en 90 °.
    2. Schakel de ventilator van de luchtblazer en de weerstands kabel in.
      Opmerking: de volgorde waarin de ventilator en de weerstands kabel zijn ingeschakeld, kan niet worden omgekeerd.
    3. Stel de uitlaattemperatuur van de hete luchtblazer in door de stroom door de weerstands kabel geleidelijk aan te passen met de controller van de luchtblazer en de luchtstroom temperatuur te meten met behulp van de digitale temperatuursensor. Voor dit werk, de warme lucht temperatuur, T, varieerden tussen 70 °c en 130 °c.
    4. Meet de luchtstroom snelheid aan de uitlaat van de luchtmondstuk met behulp van de multifunctionele anemometer met handheld bij kamertemperatuur (RT). Voor dit werk varieerde de hete luchtsnelheid, Va, tussen de 8-20 m/s. Voor een nauwkeurige meting van de luchtsnelheid moet de sonde loodrecht op de richting van de luchtstroom staan.
    5. Stel de rotatiesnelheid van de ventilator met de frequentieomvormer geleidelijk aan in om de gewenste luchtstroomsnelheid te verkrijgen. Bedek de luchtmondstuk met een hoog thermisch weerstands bord om de warmtestroom te dispergeren om thermische schade aan mensen of apparaten te voorkomen.
  2. Infrarood thermograph unit
    1. Bevestig de infrarood thermograaf op het steunframe direct boven het luchtmondstuk met ongeveer 1 m afstand. Verbind de infrarood thermograaf met de computer met behulp van de netkabel. Schakel de infrarood thermograph in en open de bedieningssoftware van de infrarood-thermograaf op de computer. Selecteer de verbindingsmodus als Ethernet, zodat een IP-adres automatisch wordt toegewezen aan de infrarood-thermograaf door de computer, en de object temperatuur kan in real-time worden gelezen met de infrarood-thermograaf.
    2. Bevestig een stukje standaardstof monster over de luchtmondstuk met de naaldplaat armatuur en pas de afstand tussen de luchtmondstuk en het monster aan de gewenste waarde aan. In dit werk wordt 30 mm gebruikt, wat 3x de diameter van de nozzle is.
    3. Pas de scherpstelling van de camera aan en stel de basisparameters in via de computer. Open het dialoogvenster "parameters", stel de temperatuureenheid in op °C, stel de thermische straling in op 0,95, stel de relatieve omgevingsvochtigheid in op 50%, stel de omgevingstemperatuur in op 25 °C en stel de afstand tussen het gemeten object en de camera in op 1,5 m. Dit zorgt ervoor dat de gemeten temperatuur correct is.
    4. Als het geteste weefselmonster is voorbereid, repareert u het op dezelfde locatie als het standaard Fabric-monster en registreert u vervolgens de temperatuur van de stof met de computer als een video.
  3. Uniform padder systeem
    1. Zorg ervoor dat de uniforme padder via de pijpleiding is aangesloten op de luchtcompressor. Schakel de luchtcompressor in en stel de maximale Uitgangsdruk in op 0,8 MPa.
    2. Stel de drukregelaars handmatig in om de luchtdruk te regelen op de paar van de klemcilinders, die zijn aangesloten op de bovenste rol van de padder, zodat het resterende vochtgehalte in de stof kan worden geregeld. Zorg ervoor dat de druk aan beide zijden van de roller gelijk zijn, zodat het vochtgehalte van de stof verdeeld over elk gebied is zelfs.
    3. Schakel de padder in, zorg ervoor dat de roller vrij kan draaien en plaats vervolgens het verzadigde stof monster met voldoende vochtabsorptie op de bovenste rol van de uniforme padder, zodat de geteste stof kan worden geperst door de roller paar en vocht distributie in de stof kan worden gecontroleerd om uniform te zijn.
    4. Schakel de padder uit.
  4. Gewicht en dikte meeteenheid
    1. Plaats een elektronische weegschaal op een horizontaal platform en tarra het. Plaats de standaard gewichten op de balans voor kalibratie zodat het preparaat nauwkeurig kan worden gewogen.
    2. Knip een rechthoekige stof monster met een breedte en lengte van 10 cm en 31 cm, respectievelijk. Schakel het dikte testinstrument in (Zie tabel met materialen) en sluit het aan op de computer. Plaats deze stof monsters op het testplatform van de FTT. Open de bewerkingssoftware van de FTT, klik op "Start" op de bedieningsinterface, test vervolgens automatisch de dikte van de stof door de FTT en noteer deze op de bedieningsinterface.
  5. Drogen kachel eenheid
    1. Schakel de droog kachel in en zorg ervoor dat er geen monsters in de droogruimte zitten. Zet de droog kachel op een hoge temperatuur (120 °C wordt in dit werk gebruikt) gedurende 30 minuten om het vocht dat door de binnenwand van de kachel wordt geabsorbeerd, te verdampen.
    2. Verwarm de droog kachel voor op de gewenste temperatuur (45 °C wordt bij dit werk gebruikt), zodat de kachel direct gebruikt kan worden voor het drogen van stof monsters.

2. testexemplaar en het fabricageproces

  1. Knip vierkante weefsels van 250 mm x 250 mm uit dezelfde stof die wordt gebruikt voor het rechthoekige stof monster met een schaar en een driehoek liniaal voor de vervaardiging van test specimens (oppervlakte van de stof = 6,25 × 104 mm2). Plaats de stof specimens in de droog kachel om de inwonende vocht uit de omgeving te verdampen, zodat het nettogewicht kan worden verkregen.
  2. Neem één stukje stof specimen uit de droog kachel en meet vervolgens het aanvankelijke gewicht, W0, van het monster met de elektronische balans.
  3. Dompel het stof monster gedurende 5 minuten in water om ervoor te zorgen dat de stof het vocht absorbeert tot verzadiging. Tegel de verzadigde stof monster op de bovenste roller van de uniforme padder om het gewenste zelfs eerste vochtgehalte te verkrijgen.
  4. Schakel de padder in en stel een initiële druk in met de drukregelaars. Als het tegel monster door het roller koppel gaat, schakelt u de padder uit en verwijdert u het monster uit de padder.
  5. Meet het gewicht van het monster van de natte stof, W1, van het monster met de elektronische balans. Het restvocht van de stof kan worden berekend als C = (w1-w0)/W0, en het gebied gemiddelde vochtgehalte in de stof kan worden berekend als Wa = (w 1-W0)/A.
  6. Als het gewenste vochtgehalte, Cd, niet wordt verkregen, droog dan eerst de rollen met een handdoek of papieren handdoek en herhaal vervolgens de stappen 2.4-2.5 totdat Cd is ingesteld.
  7. Knip indien nodig een monster strook uit dezelfde stof die wordt gebruikt voor de bereiding van het testmonster en meet en noteer de dikte ervan.

3. gegevensverzameling, nabewerking en analyse

  1. Zoals gedaan in stap 1,1, stel de uitlaattemperatuur en snelheid van de luchtblazer in op de gewenste waarden en bedek het mondstuk met de hoge thermische weerstands kaart. Zodra het geteste weefselmonster is bereid (sectie 2), repareer het met de naaldplaat armatuur voor sequentie testen en schakel de infrarood thermograph in. Begin met het opnemen van de monstertemperatuur.
  2. Verwijder het gedekte bord dat de hete lucht direct op het onderste oppervlak van het geteste monster kan inkrimpen. Houd rekening met veranderingen in de droogtemperatuur van de stof op de computer tijdens het droogproces. Wanneer de droogtemperatuur stijgt tot een constante waarde en ongeveer 30 s aanhoudt, wat betekent dat de bemonsterde stof droog is tot de doel status, stop de opname. Neem het monster uit de buurt van de fixture en dek de nozzle opnieuw af met het hoge thermische weerstands bord.
  3. Stel indien nodig het doel analysegebied in met een ondersteunende nabewerkings tool voor de infrarood thermograaf (voor gegevens uitzetten, opslaan, enz.) zodat de droog functies (normaal hoe de temperatuur varieert met de tijd) van dat punt van de geteste stof kan worden Verkregen.
  4. Navigeer indien nodig de video naar het gedeelte van verschillende droog stadia en sla het videoframe op als een kleurrijk beeld. Vervolgens kan het gebied van de regio gedroogd door hete lucht worden berekend door de beeldverwerkings methode volgens de volgende stappen14. Eerst grijs de kleurrijke afbeelding met de methode gewogen gemiddelde om de afbeelding grijswaarden te maken en vervolgens de verkregen grijswaardenafbeelding te biniseren met de OSTU-methode door de drempel in te stellen op de grijswaarden waarde waarin de temperatuur in de afbeelding zich dicht bij de hete lucht bevindt Temperatuur. Zo kan het gebied van het gedroogde gebied worden berekend op het Binarisatie beeld.
  5. Herhaal stap 3.1-3.4 en noteer de droog karakteristieken van elk stof monster door de luchtstroom snelheid, temperatuur, richting, en stof materiaal, fysische parameters, enz.
  6. Observeer alle verschillen onder wisselende luchttemperatuur, luchtsnelheid, luchtstroomrichting en stofdikte.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De in Figuur 2 gepresenteerde gegevens zijn typische temperatuur contouren voor katoenweefsel in verschillende droog stadia, onder de voorwaarde dat de luchtsnelheid en de temperatuur bij de sproeier uitlaat respectievelijk 20,0 m/s en 120 °c zijn. Het kan worden bedacht uit Figuur 2A, B, C, D dat onder de lucht impingement drogen, temperatuur vervalt van het centrum naar de periferie en vormt sets van concentris...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Deze sectie bevat enkele tips die nodig zijn om betrouwbare kwantitatieve resultaten te garanderen. Ten eerste moeten de stof monsters volledig droog worden gehouden om ervoor te zorgen dat de aanvankelijke gewichten correct zijn. Dit is haalbaar via het droogproces (d.w.z. met behulp van een geschikte droog kachel). Indien mogelijk, de omgevingsvochtigheid die constant wordt gehouden, profiteert van het experiment.

Ten tweede moeten de stof monsters goed worden verwerkt om ervoor te zorgen da...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd gesteund door het gezamenlijk fonds NSFC-Zhejiang voor de integratie van industrialisatie en informatisering (subsidie nummer U1609205) en de National Natural Science Foundation of China (subsidie nummer 51605443), het belangrijkste onderzoeks-en ontwikkelings project van Provincie Zhejiang (subsidie nummer 2018C01027), het 521 talent project van de Zhejiang Sci-Tech Universiteit, en de Young researchers Foundation of Zhejiang Provincial Top belangrijke academische discipline van de werktuigbouwkunde van de Zhejiang Sci-Tech Universiteit (Grant nummer ZSTUME02B13).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Air BlowerZhejiang jiaxing hanglin electromechanical equipment co., Ltd.HLJT-3380-TX10A-0.55Luchtvolume: 900 m3/s;
AnemometerKIMOMP210Meetbereik: 0-40 m/s; Nauwkeurigheid: ±0.1 m/s
Drying stoveShanghai Shangyi Instrument Equipment Co., Ltd.DHG 101-0Anauwkeurigheid: 1 °C; Temperatuurregelbereik: 10-300 °C
Electronic BalanceHangzhou Wante Weighing Instrument Co., Ltd.WT1002Precisie: 1 °C; Bereik: 100 g
Fabric Style Measuring InstrumentSDL AtlasM293
Fabric Touch TesterSDLATLAS LtdStofdikte tester
High thermal resistance boardBaiqiangVlambestendigheid, Hittebestendigheid is groter dan 200 °C
High-temperature resistant silicon pipelineKamoer18#Temperatuurbereik: -60-200 °C
Infrared ThermograghHangzhou Meisheng Infrared
Optoelectronic Technology Co., Ltd.		R60-1009Temperatuurmeetbereik: -20-410 °C; Maximale meetfout: ±2 °C
PadderYabo textile machinery co., Ltd.Walsdruk: 0.03-0.8 MPa; Stabiele druk; Eenvoudige aanpassing
Personal ComputerLenovo Group.L460
Temperature SensorTaiwan TES electronic industry co., Ltd.1311Aresolutie: 1 °C; Temperatuurmeetbereik: -50-1350 °C

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Vochtuniformiteitinfraroodthermografiewarme luchtblazeruniforme wringeroppervlaktetemperatuuranalysedroogprestatiestextieldrogingimpingementhoek

Gerelateerde artikelen