Artykuł metodologiczny

Jednolita kontrola wilgotności tkanin w celu zbadania wpływu parametrów uderzenia powietrza na charakterystykę suszenia tkanin

4.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/59522

⸱

19 sierpnia 2019

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

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentowany tutaj jest protokół, który gwarantuje równomierny rozkład początkowej wilgoci wewnątrz tkaniny i bada wpływ parametrów termodynamicznych gorącego powietrza (prędkość, temperatura i kierunek) oraz grubości na charakterystykę suszenia tkaniny (np. zmiany temperatury) w warunkach uderzenia powietrza.

Streszczenie

Uderzająca suchość jest teraz powszechnie stosowanym i skutecznym sposobem suszenia tkanin ze względu na wysoki współczynnik przenikania ciepła i masy. Wcześniejsze badania nad suszeniem tkanin pomijały wpływ jednorodności wilgoci i współczynnika dyfuzji na proces suszenia; Jednak ostatnio wykazano, że mają one znaczący wpływ na właściwości suszenia. W niniejszym raporcie przedstawiono krok po kroku procedurę badania wpływu parametrów uderzenia powietrza na charakterystykę suszenia tkaniny poprzez kontrolowanie jednorodności rozkładu wilgotności na jej powierzchni. Dmuchawa gorącego powietrza wyposażona w dyszę o regulowanym kącie nachylenia służy do generowania przepływu powietrza o różnych prędkościach i temperaturach, podczas gdy proces suszenia jest rejestrowany i analizowany za pomocą termografu na podczerwień. Ponadto dostosowana jest jednolita padder, aby zapewnić równomierność wilgotności tkaniny. Suszenie uderzeniowe bada się w różnych warunkach początkowych poprzez zmianę temperatury, prędkości i kierunku przepływu powietrza, a następnie ocenia się możliwość zastosowania i przydatność protokołu.

Wprowadzenie

Suszenie uderzeniowe jest bardzo skuteczną metodą suszenia ze względu na wysoką temperaturę, współczynnik przenikania masy i krótki czas schnięcia. Cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na swoje liczne zastosowania, w tym przemysł chemiczny, spożywczy1, tekstylny, farbiarski2, papierniczy3,4, itd. Obecnie suszenie uderzeniowe jest szeroko stosowane ze względu na ulepszone właściwości transportowe, zwłaszcza do suszenia tekstyliów w procesie utwardzania termicznego5.

Tkanina jest wysuszona przez układ dysz dla ustawienia grzania. Układ dysz wpływa na równomierność temperatury suszenia, co ma znaczący wpływ na właściwości tkaniny, efektywność suszenia oraz bezpośrednio na powierzchnię tkaniny. Dlatego konieczne jest zrozumienie rozkładu temperatury na powierzchni tkaniny, aby zaprojektować lepszy układ dysz. Obecnie przeprowadzono niewiele badań w tej dziedzinie, chociaż do tej pory przeprowadzono wiele badań dotyczących wydajności wymiany ciepła i wilgoci w procesie suszenia tkanin. Niektóre badania koncentrowały się głównie na naturalnym parowaniu tkaniny pod określonym źródłem ciepła, w którym proces suszenia uderzeniowego nie był zaangażowany w tych badaniach6,7. Niektóre skupiły się na przenoszeniu ciepła i wilgoci przez tkaninę podczas suszenia gorącym powietrzem, ale w tych badaniach założono, że wilgotność i temperatura tkaniny są jednolite8,9,10,11. Co więcej, kilka z tych badań próbowało uzyskać zmiany rozkładu temperatury w czasie w celu zbadania wymiany ciepła i wilgoci przez tkaninę podczas suszenia uderzeniowego.

Etemoglu et al.2 opracowali eksperymentalny układ do uzyskiwania zmian temperatury wraz z czasem tkaniny i całkowitym czasem schnięcia, ale ten układ jest ograniczony do jednopunktowych pomiarów temperatury. W tego typu badaniach zaniedbywany jest również początkowy rozkład zawartości wilgoci w tkaninie. Wang et al.12 zamierzali uzyskać rozkład temperatury na tkaninie poprzez wklejenie termopar na powierzchnię tkaniny w różnych punktach, ale rozkład temperatury powierzchni nie był w stanie uzyskać dokładnie za pomocą ich metody. Uzyskanie rozkładu temperatury w obszarze uderzenia powietrza na tkaninie o równomiernym rozkładzie wilgotności jest ważne dla przemysłowej produkcji poligraficznej i farbiarskiej, a także zapewni lepsze wskazówki dotyczące strategii dystrybucji i rozmieszczenia obiektów za pomocą wielodyszowego13. Poniższa procedura zawiera szczegółowe informacje na temat badania przenikania ciepła i wilgoci przez tkaninę podczas procesu suszenia uderzeniowego. Początkowa zawartość wilgoci jest dobrze kontrolowana, aby była równomiernie rozprowadzona, podczas gdy temperatura powierzchni w każdym punkcie tkaniny jest uzyskiwana za pomocą zestawu eksperymentalnego.

Eksperymentalny zestaw składa się z dmuchawy gorącego powietrza, termografu na podczerwień, jednolitego systemu padder i innych urządzeń pomocniczych. Dmuchawa gorącego powietrza dostarcza gorące powietrze o określonej temperaturze i prędkości w kierunku regulowanym zgodnie z wymaganiami eksperymentalnymi. Termograf na podczerwień rejestruje historię temperatury każdego procesu suszenia uderzeniowego; W ten sposób temperaturę w każdym punkcie piksela nagranego wideo można wyodrębnić za pomocą pomocniczego narzędzia do przetwarzania końcowego. Jednolity system padder kontroluje równomierne rozprowadzenie wilgoci w każdym punkcie tkaniny. Na koniec zbadano wpływ parametrów natarcia powietrza na charakterystykę suszenia tkanin za pomocą metody jednolitej kontroli wilgotności tkaniny. Proces może być przeprowadzony w sposób powtarzalny zgodnie ze standardowym protokołem opisanym poniżej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Konfiguracja platformy eksperymentalnej

UWAGA: Zobacz Rysunek 1.

  1. Dmuchawa gorącego powietrza
    1. Upewnij się, że dmuchawa gorącego powietrza jest podłączona do dyszy powietrznej za pomocą odpornego na wysokie temperatury silikonowego rurociągu, który jest izolowany termicznie materiałem azbestowym. Stopniowo dostosowuj dyszę powietrzną do pożądanego kąta nachylenia, aby kontrolować kierunek przepływu powietrza. W przypadku tej pracy kąt nachylenia, α, wahał się od 60° do 90°.
    2. Włącz wentylator dmuchawy powietrza i przewód oporowy.
      UWAGA: Kolejność, w której wentylator i przewód oporowy są włączone, nie może być odwrócona.
    3. Ustaw temperaturę wylotową dmuchawy gorącego powietrza, stopniowo regulując prąd przez przewód oporowy ze sterownikiem dmuchawy powietrza i zmierz temperaturę przepływu powietrza za pomocą cyfrowego czujnika temperatury. W tym przypadku temperatura gorącego powietrza, T, wahała się od 70 °C do 130 °C.
    4. Zmierz prędkość przepływu powietrza na wylocie dyszy powietrznej za pomocą ręcznego wielofunkcyjnego anemometru w temperaturze pokojowej (RT). W tej pracy prędkość gorącego powietrza, Va, wahała się w granicach 8-20 m/s. Aby uzyskać dokładny pomiar prędkości powietrza, sonda powinna być prostopadła do kierunku przepływu powietrza.
    5. Stopniowo reguluj prędkość obrotową wentylatora dmuchawy powietrza za pomocą przetwornicy częstotliwości, aby uzyskać żądaną prędkość przepływu powietrza. Przykryj dyszę powietrzną płytą o wysokiej odporności termicznej, aby rozproszyć przepływ ciepła i uniknąć uszkodzeń termicznych ludzi lub urządzeń.
  2. Termograf na podczerwień
    1. Zamocuj termograf na podczerwień na ramie nośnej bezpośrednio nad dyszą powietrzną w odległości około 1 m. Podłącz termograf na podczerwień do komputera za pomocą sieciowego. Włącz termograf na podczerwień i otwórz oprogramowanie operacyjne termografu na podczerwień na komputerze. Wybierz tryb połączenia jako Ethernet, aby adres IP był automatycznie przypisywany do termografu na podczerwień przez komputer, a temperatura obiektu mogła być odczytywana w czasie rzeczywistym za pomocą termografu na podczerwień.
    2. Zamocuj kawałek standardowej próbki tkaniny nad dyszą powietrzną za pomocą uchwytu do płytki ściegowej i dostosuj odległość między dyszą powietrzną a próbką do żądanej wartości. W tej pracy stosuje się 30 mm, co stanowi 3x średnicę dyszy.
    3. Dostosuj ostrość kamery i ustaw podstawowe parametry za pomocą komputera. Otwórz okno dialogowe "parametry", ustaw jednostkę temperatury na °C, ustaw promieniowanie cieplne na 0,95, ustaw wilgotność względną otoczenia na 50%, ustaw temperaturę otoczenia na 25 °C i ustaw odległość między mierzonym obiektem a kamerą na 1,5 m. Zapewni to, że zmierzona temperatura jest prawidłowa.
    4. Po przygotowaniu badanej próbki tkaniny zamocuj ją w tym samym miejscu, co standardowa próbka tkaniny, a następnie zapisz temperaturę tkaniny za pomocą komputera jako wideo.
  3. Jednolity system padder
    1. Upewnij się, że jednolita padder jest podłączona do sprężarki powietrza przez rurociąg. Włącz sprężarkę powietrza i ustaw jej maksymalne ciśnienie wyjściowe na 0.8 MPa.
    2. Ręcznie wyreguluj regulatory ciśnienia, aby kontrolować ciśnienie powietrza do pary cylindrów zaciskowych, które są połączone z górną rolką paddera, aby można było kontrolować wilgotność resztkową w tkaninie. Upewnij się, że nacisk po obu stronach wałka jest równy, aby zawartość wilgoci w tkaninie rozprowadzona na każdym obszarze była równomierna.
    3. Włącz padder, upewnij się, że wałek może się swobodnie obracać, a następnie umieść nasyconą próbkę tkaniny z wystarczającą absorpcją wilgoci na górnej rolce jednolitej paddera, tak aby badana tkanina mogła zostać przeciśnięta przez parę rolek, a rozkład wilgoci wewnątrz tkaniny można kontrolować, aby był jednolity.
    4. Wyłącz padder.
  4. Jednostka miary masy i grubości
    1. Umieść wagę elektroniczną na poziomej platformie i wytaruj ją. Umieść standardowe wzorce masy na wadze w celu kalibracji, aby można było dokładnie zważyć próbkę.
    2. Wytnij prostokątną próbkę tkaniny o szerokości i długości odpowiednio 10 cm i 31 cm. Włącz przyrząd do badania grubości (patrz Tabela materiałów) i podłącz go do komputera. Umieść te próbki tkanin na platformie testowej FTT. Otwórz oprogramowanie operacyjne FTT, kliknij "start" w interfejsie operacyjnym, a następnie automatycznie przetestuj grubość tkaniny przez FTT i zapisz ją w interfejsie operacyjnym.
  5. Suszarka kuchenna
    1. Włącz piec do suszenia i upewnij się, że w suszarni nie ma żadnych próbek. Ustaw piec suszący na wysoką temperaturę (w tej pracy stosuje się 120 °C) na 30 minut, aby odparować wilgoć wchłoniętą przez wewnętrzną ścianę pieca.
    2. Rozgrzej piec do suszenia do żądanej temperatury (w tej pracy stosuje się 45 °C), aby piec mógł być używany bezpośrednio do suszenia próbek tkanin.

2. Próbka testowa i proces produkcyjny

  1. Z tej samej tkaniny, która została użyta do wykonania prostokątnej próbki tkaniny, wyciąć kwadratowe tkaniny o wymiarach 250 mm x 250 mm z tej samej tkaniny, która została użyta do próbki prostokątnej tkaniny, za pomocą nożyczek i trójkątnej linijki do produkcji próbek do badań (powierzchnia tkaniny = 6,25 ×10 4 mm2). Próbki tkanin należy włożyć do pieca suszącego, aby odparować wilgoć osiadłą wchłoniętą z otoczenia, aby można było uzyskać ich wagę netto.
  2. Wyjmij jeden kawałek tkaniny z pieca do suszenia, a następnie zmierz początkową masę W0 próbki za pomocą wagi elektronicznej.
  3. Zanurz próbkę tkaniny w wodzie na 5 minut, aby upewnić się, że tkanina wchłania wilgoć aż do nasycenia. Ułóż nasyconą próbkę tkaniny na górnym wałku jednolitej paddera, aby uzyskać pożądaną, równomierną początkową zawartość wilgoci.
  4. Włącz padder i ustaw ciśnienie początkowe za pomocą regulatorów ciśnienia. Gdy wyłożona kafelkami próbka przechodzi przez parę rolek, wyłącz padder i wyjmij próbkę z paddera.
  5. Zmierzyć masę próbki mokrej tkaniny, W1, próbki za pomocą wagi elektronicznej. Wilgotność resztkową tkaniny można obliczyć jako C = (W1-W 0)/W0, a średnią wilgotność powierzchniową tkaniny można obliczyć jako Wa = (W1-W 0)/A.
  6. Jeśli pożądana zawartość wilgoci, Cd, nie zostanie uzyskana, najpierw osusz rolki ręcznikiem lub ręcznikiem papierowym, a następnie powtarzaj kroki 2,4-2,5, aż C d się ustawi.
  7. W razie potrzeby wyciąć pasek próbki z tej samej tkaniny, która została użyta do przygotowania próbki do badań, a następnie zmierzyć i zapisać jej grubość.

3. Akwizycja, przetwarzanie końcowe i analiza danych

  1. Podobnie jak w kroku 1.1, ustaw temperaturę wylotową i prędkość dmuchawy powietrza na żądane wartości i przykryj dyszę płytą o wysokiej odporności termicznej. Po przygotowaniu badanej próbki tkaniny (sekcja 2) przymocuj ją do uchwytu na płytkę ściegową w celu przeprowadzenia testów sekwencyjnych i włącz termograf na podczerwień. Rozpocznij rejestrowanie temperatury próbki.
  2. Usuń zakrytą płytę, aby gorące powietrze mogło bezpośrednio uderzać w dolną powierzchnię badanej próbki. Obserwuj zmiany temperatury suszenia tkaniny na komputerze podczas procesu suszenia. Gdy temperatura suszenia wzrośnie do stałej wartości i utrzyma się przez około 30 sekund, co oznacza, że próbkowana tkanina jest sucha do stanu docelowego, zatrzymaj nagrywanie. Wyjmij próbkę z oprawy i ponownie przykryj dyszę płytą o wysokiej odporności termicznej.
  3. W razie potrzeby należy ustawić docelowy obszar analizy za pomocą pomocniczego narzędzia do przetwarzania końcowego termografu w podczerwieni (do wykreślania danych, zapisywania itp.), aby można było uzyskać cechy suszenia (zwykle jak temperatura zmienia się w czasie) tego punktu badanej tkaniny.
  4. W razie potrzeby przejdź do części wideo z różnymi etapami suszenia i zapisz klatkę wideo jako kolorowy obraz. Następnie obszar obszaru osuszonego gorącym powietrzem można obliczyć za pomocą metody przetwarzania obrazu zgodnie z następującymi krokami14. Najpierw należy wyszarzyć kolorowy obraz za pomocą metody średniej ważonej, aby uzyskać skalę szarości obrazu, a następnie zbinaryzować uzyskany obraz w skali szarości za pomocą metody OSTU, ustawiając próg wartości skali szarości, w której temperatura na obrazie jest zbliżona do temperatury gorącego powietrza. W ten sposób powierzchnię wysuszonego obszaru można obliczyć na obrazie binaryzacyjnym.
  5. Powtórzyć kroki 3.1-3.4 i zapisać charakterystykę suszenia każdej próbki tkaniny, dostosowując prędkość przepływu powietrza, temperaturę, kierunek, a także materiał tkaniny, parametry fizyczne itp.
  6. Obserwuj wszystkie różnice przy różnej temperaturze powietrza, prędkości powietrza, kierunku przepływu powietrza i grubości tkaniny.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Dane przedstawione na Rysunku 2 to typowe kontury temperatury tkaniny bawełnianej na różnych etapach suszenia, przy założeniu, że prędkość powietrza i temperatura na wylocie dyszy wynoszą odpowiednio 20,0 m/s i 120 °C. Z Rysunku 2A,B,C,D wynika, że podczas suszenia strumieniem powietrza temperatura spada od centrum ku peryferiom, tworząc zestawy koncentrycznych okręgów. Jednocześnie temperatura gwałtownie spada n...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

W tej sekcji przedstawiono kilka wskazówek niezbędnych do zapewnienia wiarygodnych wyników ilościowych. Po pierwsze, próbki tkanin muszą być całkowicie suche, aby upewnić się, że początkowa waga jest prawidłowa. Jest to możliwe do osiągnięcia poprzez proces suszenia (tj. przy użyciu odpowiedniego pieca do suszenia). Jeśli to możliwe, wilgotność otoczenia, która jest utrzymywana na stałym poziomie, jest korzystna dla eksperymentu.

Po drugie, próbki tkanin muszą być dobrze przetworzone, aby zape...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez NSFC-Zhejiang Joint Fund for the Integration of Industrialization and Informatization (grant numer U1609205) i National Natural Science Foundation of China (numer grantu 51605443), Kluczowy Projekt Badawczo-Rozwojowy Prowincji Zhejiang (numer grantu 2018C01027), 521 Talent Project Uniwersytetu Sci-Tech Zhejiang oraz Fundację Młodych Badaczy Prowincji Zhejiang Top Key Academic Discipline of Mechanical Engineering of Uniwersytet Sci-tech w Zhejiang (grant numer ZSTUME02B13).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Dmuchawapowietrza Zhejiang jiaxing hanglin sprzęt elektromechaniczny co., Ltd.HLJT-3380-TX10A-0.55Objętość powietrza: 900 m3/s;
AnemometrKIMOMP210Zakres pomiarowy: 0-40 m/s; Dokładność: ± 0,1 m/s
Piec suszącyShanghai Shangyi Instrument Equipment Co., Ltd.DHG 101-0Aprecyzja: 1 ° C; Zakres regulacji temperatury: 10-300 ° C
Waga elektronicznaHangzhou Wante Weighing Instrument Co., Ltd.WT1002Precyzja: 1 & stopnie; C; Zakres: 100 g
Przyrząd do pomiaru stylu tkaninySDL AtlasM293
Tester dotyku tkaninySDLATLAS LtdTester grubości tkaniny
Płyta o wysokiej odporności termicznej OdpornośćBaiqiangOdporność na płomienie, odporność na ciepło jest większa niż 200 ° C
Odporny na wysokie temperatury rurociąg silikonowyKamoer18 #Zakres temperatur: -60-200 & deg; C
Termogragh na podczerwieńHangzhou Meisheng Podczerwień
Optoelectronic Technology Co., Ltd.		R60-1009Zakres pomiaru temperatury: -20-410 ° C; Maksymalny błąd pomiaru: ± 2 &stopnie; C
PadderYabo maszyny włókiennicze co., Ltd.Docisk rolki: 0,03-0,8 MPa; Stabilne ciśnienie; Łatwa regulacja
Komputer osobistyLenovo Group.Czujnik temperatury L460
Tajwan TES electronic industry co., Ltd.Rozdzielczość 1311A: 1 & stopnie; C; Zakres pomiaru temperatury: -50-1350 ° Z
na płomień

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Jednorodno wilgotno citermografia podczerwonadmuchawa gor cego powietrzawyciskarka o r wnomiernym naciskuanaliza temperatury powierzchniwydajno suszeniasuszenie tkanink t natrysku

Powiązane artykuły