Summary
Présenté ici est un protocole qui garantit une distribution uniforme de l'humidité initiale à l'intérieur d'un tissu et étudie les effets des paramètres thermodynamiques à air chaud (vitesse, température et direction) et l'épaisseur sur le séchage du tissu caractéristiques (p. ex., variation de température) dans l'état d'empiètement de l'air.
Abstract
L'empiètement de la sécheresse est maintenant un moyen largement utilisé et efficace pour le séchage du tissu en raison de sa chaleur élevée et le coefficient de transfert de masse. Des études antérieures sur le séchage des tissus ont négligé les contributions de l'uniformité de l'humidité et du coefficient de diffusion au processus de séchage; cependant, ils ont récemment été montrés pour avoir une influence significative sur des caractéristiques de séchage. Le présent rapport décrit une procédure étape par étape pour étudier les effets des paramètres d'empiétement de l'air sur les caractéristiques de séchage d'un tissu en contrôlant l'uniformité de sa répartition de l'humidité de la zone. Une unité de souffleur d'air chaud équipée d'une buse réglable par angle est utilisée pour générer un flux d'air avec différentes vitesses et températures pendant que le processus de séchage est enregistré et analysé à l'aide d'un thermographe infrarouge. De plus, un padder uniforme est adapté pour assurer l'uniformité de l'humidité du tissu. L'empiètement est étudié dans différentes conditions initiales en modifiant la température, la vitesse et la direction du débit d'air, puis l'applicabilité et la pertinence du protocole sont évaluées.
Introduction
L'empiètement est une méthode de séchage très efficace en raison de sa chaleur élevée, de son coefficient de transfert de masse et de son temps de séchage court. Il a attiré l'attention étendue en raison de ses nombreuses applications, y compris l'industrie chimique, l'alimentation1, textile, teinture2, fabrication de papier3,4, etc. Maintenant, empiéter le séchage est employé couramment pour ses caractéristiques améliorées de transport, particulièrement pour le séchage des textiles dans le processus de réglage de chaleur5.
Le tissu empiète sur le lys séché par le tableau de la buse pour le réglage de la chaleur. La disposition de la buse affecte l'uniformité de la température de séchage, qui a une influence significative sur les propriétés du tissu, l'efficacité du séchage, et sur la surface du tissu directement. Ainsi, il est nécessaire de comprendre la répartition de la température sur la surface textile pour concevoir un meilleur tableau de buse. Il y a eu peu d'études dans ce domaine à l'heure actuelle, bien qu'il y ait eu beaucoup de recherches sur la chaleur et la performance de transfert d'humidité du processus de séchage du tissu jusqu'à présent. Certaines recherches ont principalement porté sur l'évaporation naturelle d'un textile sous une source de chaleur spécifiée, dans laquelle le processus de séchage enemplantn n'a pas été impliqué dans ces études6,7. Certains ont mis l'accent sur le transfert de chaleur et d'humidité du textile avec le séchage à l'air chaud, mais l'humidité du textile et la température ont été supposés être uniformes dans ces études8,9,10,11. En outre, quelques-unes de ces études ont tenté d'obtenir la variation de la répartition de la température avec le temps pour étudier le transfert de chaleur et d'humidité du textile sous empiètement du séchage.
Etemoglu et coll.2 ont mis au point une configuration expérimentale pour obtenir une variation de température avec le temps du tissu et le temps de séchage total, mais cette configuration est limitée aux mesures de température à un seul point. La distribution initiale de la teneur en humidité dans le tissu est également négligée dans ce type de recherche. Wang et coll.12 avaient l'intention d'obtenir une distribution de température sur le tissu en plantant des thermocouples sur la surface du textile à divers points, mais la répartition de la température de surface n'a pas pu être obtenue avec précision avec leur méthode. L'obtention de la distribution de température à la zone d'empiètement d'air sur un tissu avec la distribution même d'humidité est importante pour la production industrielle d'impression et de teinture, et elle fournira de meilleurs conseils sur la stratégie de distribution et d'arrangement pour l'objet séchage avec une buse multi-buse13. La procédure suivante fournit des détails pour étudier le transfert de chaleur et d'humidité d'un tissu pendant le processus de séchage d'empiètement. La teneur initiale en humidité est bien contrôlée pour être répartie uniformément, tandis que la température de surface à chaque point du tissu est obtenue par l'intermédiaire de la configuration expérimentale.
La configuration expérimentale se compose d'une unité de souffleur d'air chaud, d'une unité thermographique infrarouge, d'un système de padder uniforme et d'autres dispositifs auxiliaires. L'unité de souffleur d'air chaud fournit l'air chaud avec une température et une vitesse spécifiées dans une direction réglable selon les exigences expérimentales. L'unité thermographique infrarouge enregistre l'historique de température de chaque processus de séchage enemplant; ainsi, la température à chaque point de pixel de la vidéo enregistrée peut être extraite avec un outil de post-traitement de support. Le système de padder uniforme contrôle la distribution uniforme de la teneur en humidité à chaque point du tissu. Enfin, l'influence des paramètres d'empiètement de l'air sur le séchage des tissus caractéristique avec la méthode de contrôle uniforme de l'humidité du tissu sont étudiés. Le processus peut être effectué de manière reproductible selon le protocole standard décrit ci-dessous.
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Protocol
1. Installation expérimentale de plate-forme
REMARQUE: Voir Figure 1.
- Unité de souffleur d'air chaud
- Assurez-vous que la souffleuse d'air chaud est reliée à la buse d'air par un pipeline de silicone résistant à haute température qui est isolé à la chaleur avec du matériau d'amiante. Ajustez graduellement la buse d'air à l'angle d'inclinaison souhaitable pour contrôler la direction du débit d'air. Pour cette œuvre, l'angle d'inclinaison, ' , variait entre 60 et 90 degrés.
- Allumez le ventilateur de souffleur d'air et le fil de résistance.
REMARQUE : L'ordre dans lequel le ventilateur et le fil de résistance sont activés ne peut pas être inversé. - Réglez la température de sortie du souffleur d'air chaud en ajustant graduellement le courant à travers le fil de résistance avec le contrôleur du souffleur d'air, et mesurez la température du débit d'air à l'aide du capteur de température numérique. Pour ces travaux, la température de l'air chaud, T, variait entre 70 et 130 oC.
- Mesurer la vitesse d'écoulement de l'air à la sortie de la buse d'air à l'aide de l'anémomètre multifonctionnel portatif à température ambiante (RT). Pour ce travail, la vitesse de l'air chaud, Va, variait entre 8-20 m/s. Pour mesurer avec précision la vitesse de l'air, la sonde doit être perpendiculaire à la direction du flux d'air.
- Ajuster graduellement la vitesse de rotation du ventilateur d'air avec le convertisseur de fréquence pour obtenir la vitesse de débit d'air désirée. Couvrez la buse d'air d'une planche de résistance thermique élevée pour disperser le flux de chaleur afin d'éviter des dommages thermiques aux personnes ou aux dispositifs.
- Unité thermographique infrarouge
- Fixez le thermographe infrarouge sur le cadre de support directement au-dessus de la buse d'air avec environ 1 m de distance. Connectez le thermographe infrarouge avec l'ordinateur à l'aide du câble net. Puissance sur le thermographe infrarouge et ouvrir le logiciel de fonctionnement du thermographe infrarouge sur l'ordinateur. Sélectionnez le mode de connexion comme Ethernet afin qu'une adresse IP soit attribuée automatiquement au thermographe infrarouge par l'ordinateur, et la température de l'objet peut être lue en temps réel avec le thermographe infrarouge.
- Fixez un morceau d'échantillon de tissu standard au-dessus de la buse d'air avec l'appareil de plaque d'aiguille et ajustez la distance entre la buse d'air et l'échantillon à la valeur désirée. Dans ce travail, 30 mm est utilisé, ce qui est 3 fois le diamètre de la buse.
- Ajuster la mise au point de la caméra et définir les paramètres de base via l'ordinateur. Ouvrez la boîte de dialogue « paramètres », définiz l'unité de température à la température à la température, définiz l'éclat thermique à 0,95, fixez l'humidité relative ambiante à 50 %, fixez la température ambiante à 25 oC et fixez la distance entre l'objet mesuré et la caméra à 1,5 m. Cela permettra de s'assurer que la température mesurée est correcte.
- Pendant que l'échantillon de tissu testé est préparé, fixez-le au même endroit que l'échantillon standard de tissu, puis enregistrez la température du tissu avec l'ordinateur comme vidéo.
- Système uniforme de padder
- Assurez-vous que le padder uniforme est relié au compresseur d'air à travers le pipeline. Puissance sur le compresseur d'air et de définir sa pression de sortie maximale à 0,8 MPa.
- Ajustez manuellement les régulateurs de pression pour contrôler la pression d'air sur le couple des cylindres de pince, qui sont reliés au rouleau supérieur du padder, de sorte que l'humidité résiduelle dans le tissu peut être contrôlée. Assurez-vous que la pression des deux côtés du rouleau est égale de sorte que la teneur en humidité du tissu réparti sur chaque zone est uniforme.
- Puissance sur le padder, assurez-vous que le rouleau peut rotation librement, puis mettre l'échantillon de tissu saturé avec une absorption d'humidité suffisante sur le rouleau supérieur du padder uniforme, de sorte que le tissu testé peut être pressé à travers le couple de rouleaux et l'humidité la distribution à l'intérieur du tissu peut être commandée pour être uniforme.
- Évaciner le padder.
- Unité de mesure de poids et d'épaisseur
- Placez une balance électronique sur une plate-forme horizontale et tare il. Placez les poids standard sur la balance pour l'étalonnage afin que le spécimen puisse être pondéré avec précision.
- Découper un échantillon de tissu rectangulaire d'une largeur et d'une longueur de 10 cm et 31 cm, respectivement. Puissance sur l'instrument d'essai d'épaisseur (voir Tableau des matériaux) et connectez-le à l'ordinateur. Placez ces échantillons de tissu sur la plate-forme d'essai de la TTF. Ouvrez le logiciel de fonctionnement de la TTF, cliquez sur "démarrer" sur l'interface de fonctionnement, puis testez automatiquement l'épaisseur du tissu par la TTF et enregistrez-le sur l'interface de fonctionnement.
- Unité de poêle de séchage
- Puissance sur le poêle à séchage et assurez-vous qu'aucun échantillon n'est dans la salle de séchage. Régler le poêle à sec à une température élevée (120 oC est utilisé dans ce travail) pendant 30 min pour évaporer l'humidité absorbée par la paroi intérieure du poêle.
- Préchauffer le poêle à sec à la température désirée (45 oC est utilisé dans ce travail) de sorte que le poêle peut être utilisé directement pour le séchage des échantillons de tissu.
2. Test de spécimen et processus de fabrication
- Découpez des tissus carrés de 250 mm x 250 mm du même tissu utilisé pour l'échantillon de tissu rectangulaire avec des ciseaux et une règle triangle pour la fabrication de spécimens d'essai (zone du tissu 6,25 à 104 mm2). Placez les spécimens de tissu dans le poêle à séchage pour évaporer l'humidité résidente absorbée par l'environnement afin d'obtenir leur poids net.
- Sortez un morceau de tissu de la cuisinière à sec, puis mesurez le poids initial, W0, de l'échantillon avec l'équilibre électronique.
- Immerger l'échantillon de tissu dans l'eau pendant 5 min pour s'assurer que le tissu absorbe l'humidité jusqu'à saturation. Tuile l'échantillon de tissu saturé sur le rouleau supérieur du padder uniforme pour obtenir la teneur en humidité initiale désirée, même initiale.
- Puissance sur le padder et mettre une pression initiale avec les régulateurs de pression. Lorsque l'échantillon carrelé traverse le couple de rouleaux, éteignez le padder et retirez l'échantillon du padder.
- Mesurer le poids de l'échantillon de tissu humide, W1, de l'échantillon avec l'équilibre électronique. L'humidité résiduelle du tissu peut être calculée comme C (W1-W0)/W0, et la teneur en humidité moyenne de la zone dans le tissu peut être calculée comme Wa (W 1-W0)/A.
- Si la teneur en humidité désirée, Cd, n'est pas obtenue, séchez d'abord les rouleaux avec une serviette ou un essuie-tout, puis répétez les étapes 2.4-2.5 jusqu'à ce que Cd soit réglé.
- Si nécessaire, découper une bande d'échantillon du même tissu utilisé pour préparer le spécimen d'essai, puis mesurer et enregistrer son épaisseur.
3. Acquisition, post-traitement et analyse de données
- Comme c'est le cas à l'étape 1.1, régler la température et la vitesse de sortie de la souffleuse d'air aux valeurs désirées et couvrir la buse avec le panneau de résistance thermique élevé. Une fois que l'échantillon de tissu testé est préparé (section 2), fixez-le avec le montage de plaque d'aiguille pour l'essai de séquence et la puissance sur le thermographe infrarouge. Commencez à enregistrer la température de l'échantillon.
- Retirez directement la planche couverte que l'air chaud peut empiéter sur la surface inférieure de l'échantillon testé. Observez les changements dans la température de séchage du tissu sur l'ordinateur pendant le processus de séchage. Lorsque la température de séchage augmente à une valeur stable et dure environ 30 s, ce qui signifie que le tissu échantillonné est sec à l'état cible, arrêtez l'enregistrement. Prenez l'échantillon loin de l'appareil et couvrez la buse avec le panneau de résistance thermique élevée encore.
- Si nécessaire, définir la zone d'analyse cible avec un outil de post-traitement de soutien pour le thermographe infrarouge (pour le tracé des données, l'enregistrement, etc.) de sorte que les caractéristiques de séchage (normalement comment la température varie avec le temps) de ce point du tissu testé peuvent être Obtenu.
- Si nécessaire, naviguez dans la vidéo jusqu'à la partie des différentes étapes de séchage et enregistrez le cadre vidéo comme une image colorée. Ensuite, la zone de la région séchée à l'air chaud peut être calculée par la méthode de traitement de l'image selon les étapes suivantes14. Tout d'abord, griser l'image colorée avec la méthode moyenne pondérée à l'échelle grise de l'image, puis binariser l'image à l'échelle grise obtenue avec la méthode OSTU en fixant le seuil à la valeur à l'échelle grise dans laquelle la température dans l'image est proche de l'air chaud température. Ainsi, la zone de la région séchée peut être calculée sur l'image de binarisation.
- Répétez les étapes 3.1-3.4 et enregistrez les caractéristiques de séchage de chaque échantillon de tissu en ajustant la vitesse de débit d'air, la température, la direction, ainsi que le matériau tissuleux, les paramètres physiques, etc.
- Observez toutes les différences en raison de la température de l'air, de la vitesse de l'air, de la direction du débit d'air et de l'épaisseur du tissu.
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Representative Results
Les données présentées à la figure 2 sont des contours de température typiques pour le tissu de coton à différents stades de séchage à l'condition que la vitesse de l'air et la température à la sortie de la buse sont de 20,0 m/s et de 120 oC, respectivement. Il peut être figuré à partir de la figure 2A,B,C,D que sous l'empiètement de l'air, la température se désintègre du centre à la périphérie et forme des ensembles de cercles concentriques. Pendant ce temps, la température se désintègre de façon spectaculaire au bord de la zone d'empiètement direct. La répartition de la température le long d'une trajectoire arbitraire peut être tracée avec l'outil de post-traitement spécial pour le thermographe infrarouge. Figure 2 E montre la température le long de la ligne centrale horizontale du tissu à différentes étapes dans un processus de séchage typique. Ceci est causé par le coefficient de diffusion élevé du tissu ou la résistance thermique dans une direction horizontale, et même par l'extension du temps de séchage à 50 s; comme on l'a vu, la température près du bord de la zone d'empiètement augmente très peu par rapport à celle de l'état stable (voir la figure 2C; le processus de séchage atteint un état stable à environ 20 s).
Les données historiques à chaque point de la vidéo peuvent également être tracées avec l'outil de post-traitement. La figure 3 illustre certains résultats typiques mesurés au point central de la zone d'empiètement dans différentes conditions initiales. Figure 3 A,B montre l'influence de la température de l'air et de la vitesse sur le processus de séchage. Normalement, plus la température ou la vitesse est élevée, plus le tissu à sécher est rapide; cependant, la température de l'air a influencé la température à la fois à l'état de taux constant et à l'état stable, tandis que la vitesse de l'air n'a influencé que la température d'état stable. Figure 3 C montre le processus de séchage pour les tissus ayant la même teneur en humidité moyenne de la zone initiale lorsque l'épaisseur est différente. Le padder uniforme est important pour contrôler la distribution d'humidité dans chaque coin du tissu pour être uniforme. Comme la teneur en humidité saturée d'un tissu mince est apparemment inférieure à celle d'un tissu plus épais, alors la teneur en humidité souhaitable, Cd, du tissu plus épais dans cette situation est très difficile à définir. Ainsi, le spécimen doit être traité avec le padder deux fois ou plus.
Figure 3 C révèle que le coefficient de diffusion plus élevé des échantillons plus épais ralentit le processus de séchage. Ceci est important pour un processus de séchage multi-buses parce qu'un système conçu est toujours utilisé pour sécher le tissu avec le même matériau, mais avec une épaisseur différente. Figure 3 D montre le processus de séchage sous différentes directions de débit d'air, tandis que la figure 3E montre le contour de la température à un état stable à 60 s. Comme indiqué à la figure 2, la température du tissu change peu après avoir atteint l'état stable, et la zone séchée peut être calculée avec la méthode de traitement de l'image en fonction du contour de la température. Les résultats de binarisation sont indiqués comme figure 3F, dans laquelle la zone en blanc représente la zone sèche et le rapport de ces cinq états de 65 à 90 degrés est 0,61:0.81:1.07:1.02:1.01:1. Ceci est également causé par le coefficient de diffusion élevé du tissu et les paramètres thermodynamiques fluides dans une direction horizontale, ce qui est important dans les stratégies pour fixer le temps de séchage.
Figure 1 : Plate-forme expérimentale. On voit une représentation schématique de la plate-forme expérimentale, composée de l'unité de souffleur d'air chaud pour fournir l'air d'empiètement avec différentes températures, vitesses, et directions. Le système de padder uniforme utilisé pour contrôler la répartition uniforme de la teneur en humidité dans chaque secteur du tissu, l'unité thermographique infrarouge pour l'enregistrement de l'historique de température de chaque processus de séchage enemplant et certains dispositifs auxiliaires pour mesurer le poids du tissu, l'épaisseur du tissu, et ainsi de suite. Les résultats obtenus sont ensuite analysés sur le système informatique. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Le contour de température du tissu de coton à différentes étapes de séchage. Les contours de température sont indiqués dans les conditions Va 20,0 m/s, T à 120 oC et Cd 70 %. Figure 2 A montre le contour de la température à t - 0 s, tandis que la figure 2B,C,D montre ceux à t -5 s, 20 s, et 50 s. Legends P01, P02, P03, et P04 dans chaque image montrent la variation de température à différents points d'échantillonnage sur le tissu sous forme numérique. Figure 2 E illustre la répartition de la température le long de la ligne centrale horizontale du tissu à des moments différents. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Résultats typiques mesurés au point central de la zone d'empiètement dans différentes conditions initiales. Figure 3 A montre l'influence de la température de l'air à Va 20,0 m/s et Cd 70%. Figure 3 B montre l'influence de la vitesse de l'air à T 120 oC et Cd à 70 %. Figure 3 C montre l'influence du tissu avec la même teneur en humidité moyenne initiale, Wa, de 48 g/m2; cependant, leur épaisseur était différente à Va 20,0 m/s et T à 120 oC. Figure 3 D,E,F montrent l'influence de la direction du flux d'air à Va 20,0 m/s, T à 120 oC et Cd à 70 %. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
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Discussion
Cette section fournit quelques conseils nécessaires pour assurer des résultats quantitatifs fiables. Tout d'abord, les spécimens de tissu doivent être maintenus complètement secs pour s'assurer que les poids initiaux sont corrects. Ceci est réalisable grâce au processus de séchage (c.-à-d. à l'aide d'un poêle à sec approprié). Si possible, une humidité de l'environnement qui est maintenue en permanence profite à l'expérience.
Deuxièmement, les spécimens de tissu doivent être bien traités pour s'assurer que l'humidité à chaque région du tissu est uniforme. Cela peut être fait en traitant manuellement avec un padder uniforme ou un processus similaire. La clé pour faire fonctionner le padder uniforme est de s'assurer que la pression d'air fournie aux cylindres de serrage des deux côtés du rouleau supérieur sont égaux, ce qui empêche une différence de force de presse au tissu.
L'étalonnage approprié du thermographe infrarouge doit être assuré pour obtenir une température précise. Pendant ce temps, le processus d'enregistrement de la température est lancé manuellement et plusieurs secondes avant l'enlèvement de la carte de résistance thermique élevée, de sorte que les utilisateurs sont également tenus d'estimer combien d'images doivent être ignorées. Cela peut varier d'une personne à l'autre, de sorte que plusieurs tests d'essai pour la pratique sont recommandés avant de prendre des mesures réelles.
Une limitation de la technique est que les spécimens de tissu sont séchés dans un environnement ouvert, et la température et l'humidité environnantes désirées ne peuvent pas être fixées ; ainsi, les résultats expérimentaux ne reflètent pas directement les processus de séchage dans les conditions de travail réelles d'un réglage thermique. La plate-forme d'essai doit être encore améliorée pour les travaux futurs.
La procédure rapportée fournit des détails pour étudier le transfert de chaleur et d'humidité du tissu pendant le processus de séchage d'empiètement. La teneur initiale en humidité est bien contrôlée pour être uniforme, tandis que la température de surface à chaque point du tissu est obtenue par l'intermédiaire de la configuration développée.
En résumé, la procédure décrite dans le présent rapport peut être utilisée pour étudier les effets des paramètres d'empiétement de l'air sur les caractéristiques de séchage d'un tissu en contrôlant l'humidité du tissu à un statut uniforme. Il convient de noter que la distribution de l'humidité est normalement ignorée dans la recherche actuelle de différents champs, mais elle influence considérablement le processus de séchage et les résultats de séchage. Il est recommandé que toutes les étapes de ce protocole soient effectuées dans un environnement sans convection d'air afin d'éviter toute dégradation liée à l'environnement.
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Disclosures
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Acknowledgments
Ces travaux ont été soutenus par le Fonds conjoint NSFC-Zhejiang pour l'intégration de l'industrialisation et de l'informatisation (numéro de subvention U1609205) et la National Natural Science Foundation of China (numéro de subvention 51605443), le projet clé de recherche et de développement de Zhejiang Province (numéro de subvention 2018C01027), le 521 Talent Project de l'Université Zhejiang Sci-Tech, et la Young Researchers Foundation of Zhejiang Provincial Top Key Academic Discipline of Mechanical Engineering of Zhejiang Sci-tech University (subvention numéro ZSTUME02B13).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Air Blower | Zhejiang jiaxing hanglin electromechanical equipment co., Ltd. | HLJT-3380-TX10A-0.55 | Air Volume: 900 m3/s; |
| Anemometer | KIMO | MP210 | Measurement range: 0-40 m/s; Accuracy: ±0.1 m/s |
| Drying stove | Shanghai Shangyi Instrument Equipment Co., Ltd. | DHG 101-0A | precision: 1 °C; Temperature control range:10-300 °C |
| Electronic Balance | Hangzhou Wante Weighing Instrument Co., Ltd. | WT1002 | Precision: 1 °C; Range: 100 g |
| Fabric Style Measuring Instrument | SDL Atlas | M293 | |
| Fabric Touch Tester | SDLATLAS Ltd | Fabric thickness tester | |
| High thermal resistance board | Baiqiang | Flame resistance, Heat resistance is greater than 200 °C | |
| High-temperature resistant silicon pipeline | Kamoer | 18# | Temperature range: -60-200 °C |
| Infrared Thermogragh | Hangzhou Meisheng Infrared Optoelectronic Technology Co., Ltd. |
R60-1009 | Temperature measuring range: -20-410 °C; Maximum measuring error: ±2 °C |
| Padder | Yabo textile machinery co., Ltd. | Roller pressure: 0.03-0.8 MPa; Stable pressure; Easy adjustment | |
| Personal Computer | Lenovo Group. | L460 | |
| Temperature Sensor | Taiwan TES electronic industry co., Ltd. | 1311A | resolution: 1 °C; Temperature measuring range: -50-1350 °C |
References
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