Summary
Apresentado aqui é um protocolo que garante a distribuição uniforme da umidade inicial dentro de um tecido e investiga os efeitos dos parâmetros termodinâmico de ar quente (velocidade, temperatura e direção) e espessura na secagem do tecido características (por exemplo, variação da temperatura) a condição do impacto do ar.
Abstract
A secura de impinging é agora uma maneira amplamente utilizada e eficaz para a secagem da tela devido a seu calor elevado e ao coeficiente de transferência maciça. Estudos prévios sobre secagem de tecidos têm negligenciado as contribuições da uniformidade de umidade e coeficiente de difusão para o processo de secagem; embora, foram mostrados recentemente para ter uma influência significativa em características de secagem. Este relatório esboça um procedimento passo a passo para investigar os efeitos de parâmetros do impacto do ar em características de secagem de um tecido controlando a uniformidade de sua distribuição da umidade da área. Uma unidade do ventilador do ar quente equipada com um bocal ajustável do ângulo é usada para gerar o fluxo de ar com velocidades e temperaturas diferentes quando o processo de secagem for gravado e analisado usando um thermograph infravermelho. Além, um padder uniforme é adaptado para assegurar a uniformidade da umidade da tela. A secagem de impinging é estudada circunstâncias iniciais diferentes mudando a temperatura, a velocidade, e a direção do fluxo de ar, a seguir a aplicabilidade e a adequação do protocolo são avaliados.
Introduction
A secagem de impinging é um método de secagem muito eficaz devido a seu calor elevado, coeficiente de transferência maciça, e tempo de secagem curto. Atraiu a atenção extensiva devido a suas aplicações numerosas que incluem a indústria química, alimento1, matéria têxtil, tingimento2, factura de papel3,4, etc. Agora, a secagem de incidem é amplamente utilizada para suas características melhoradas do transporte, especial para a secagem dos Textiles no processo de ajuste do calor5.
A tela é incidem secada pelo arranjo do bocal para o ajuste do calor. A disposição do bocal afeta a uniformidade da temperatura de secagem, que tem uma influência significativa nas propriedades da tela, na eficiência de secagem, e na superfície da tela diretamente. Assim, é necessário compreender a distribuição da temperatura na superfície de matéria têxtil para projetar uma disposição melhor do bocal. Houve pouca investigação neste campo no presente, embora tenha havido uma abundância de pesquisas sobre o calor e umidade de transferência de desempenho do processo de secagem de tecido até agora. Algumas pesquisas concentraram-se principalmente na evaporação natural de um têxtil uma fonte de calor especificada, na qual o processo de secagem iminente não estava envolvido nesses estudos6,7. Alguns têm se concentrado na transferência de calor e umidade da matéria têxtil com secagem de ar quente, mas a umidade e a temperatura têxteis foram assumidas como uniformes nesses estudos8,9,10,11. Além disso, alguns destes estudos tentaram obter a variação da distribuição da temperatura com o tempo para estudar a transferência do calor e da umidade do Textile a secagem de incidem.
Etemoglu et al.2 desenvolveram uma set-up experimental para a obtenção de variação de temperatura com o tempo do tecido e o tempo total de secagem, mas esta estrutura é limitada a medições de temperatura de ponto único. A distribuição inicial de conteúdo de umidade no tecido também é negligenciada neste tipo de pesquisa. Wang et al.12 destinaram-se a obter distribuição de temperatura no tecido colando termopares na superfície têxtil em vários pontos, mas a distribuição da temperatura superficial não foi capaz de ser obtida com precisão com seu método. A obtenção da distribuição de temperatura na área de impacto do ar em um tecido com distribuição uniforme de umidade é importante para a produção industrial de impressão e tingimento, e fornecerá melhor orientação sobre a estratégia de distribuição e arranjo para o objeto secagem com um bocal multi-13. O procedimento a seguir fornece detalhes para estudar a transferência de calor e umidade de um tecido durante o processo de secagem iminente. O teor de umidade inicial é bem controlado para ser distribuído uniformemente, enquanto a temperatura da superfície em cada ponto do tecido é obtida através da set-up experimental.
A set-up experimental consiste em uma unidade de soprador de ar quente, unidade termográfica infravermelha, sistema padder uniforme e outros dispositivos auxiliares. A unidade do ventilador de ar quente fornece o ar quente com uma temperatura e uma velocidade especificadas em uma direção ajustável de acordo com as exigências experimentais. A unidade termográfica infravermelha registra o histórico de temperatura de cada processo de secagem iminente; assim, a temperatura em cada ponto de pixel do vídeo gravado pode ser extraída com uma ferramenta de pós-processamento de apoio. O sistema uniforme do padder controla a distribuição mesmo do índice de umidade em cada ponto da tela. Finalmente, a influência de parâmetros do choque do ar na secagem da tela característica com método de controle uniforme da umidade da tela é investigada. O processo pode ser realizado de forma reprodutível seguindo o protocolo padrão descrito abaixo.
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Protocol
1. equipamento experimental set-up
Nota: consulte a Figura 1.
- Unidade de soprador de ar quente
- Assegure-se de que o ventilador de ar quente esteja conectado ao bocal de ar através de um encanamento resistente de alta temperatura do silicone que seja calor-isolado com material do asbesto. Ajuste gradualmente o bocal de ar ao ângulo desejável do inclinação para controlar a direção do fluxo de ar. Para este trabalho, o ângulo de inclinação, α, variou entre 60 ° e 90 °.
- Ligue o ventilador do ventilador de ar e o fio de resistência.
Nota: a ordem na qual o ventilador e o fio de resistência estão ligados não podem ser invertidos. - Ajuste a temperatura da tomada do ventilador de ar quente ajustando gradualmente a corrente através do fio da resistência com o controlador do ventilador de ar, e meça a temperatura do fluxo de ar usando o sensor de temperatura digital. Para este trabalho, a temperatura do ar quente, T, variou entre 70 ° c e 130 ° c.
- Meça a velocidade do fluxo de ar na saída do bocal de ar usando o anemómetro multifunctional handheld na temperatura ambiente (RT). Para este trabalho, a velocidade do ar quente, Va, variou entre 8-20 m/s. Para a medição exata da velocidade do ar, a sonda deve ser perpendicular à direção do fluxo de ar.
- Ajuste gradualmente a velocidade de rotação do ventilador do ventilador de ar com o conversor de freqüência para obter a velocidade desejada do fluxo de ar. Cubra o bocal de ar com uma placa elevada da resistência térmica para dispersar o fluxo de calor para evitar dano térmico aos povos ou aos dispositivos.
- Unidade termográfica infravermelha
- Fixe o termográfico infravermelho no quadro de suporte diretamente acima do bocal de ar com cerca de 1 m de distância. Conecte o termográfico infravermelho com o computador usando o cabo de rede. Poder no thermograph infravermelho e abrir o software da operação do thermograph infravermelho no computador. Selecione o modo de conexão como Ethernet para que um endereço IP seja atribuído automaticamente ao termográfico infravermelho pelo computador, e a temperatura do objeto pode ser lida em tempo real com o termográfico infravermelho.
- Fixe uma parte de amostra padrão da tela sobre o bocal de ar com o dispositivo elétrico da placa da agulha e ajuste a distância entre o bocal de ar e a amostra ao valor desejado. Neste trabalho, 30 milímetros é usado, que é 3x o diâmetro do bocal.
- Ajuste o foco da câmera e defina os parâmetros básicos através do computador. Abra a caixa de diálogo "parâmetros", defina a unidade de temperatura como ° c, defina o brilho térmico para 0,95, defina a umidade relativa do ambiente para 50%, defina a temperatura ambiente para 25 ° c e defina a distância entre o objeto medido e a câmera para 1,5 m. Isso garantirá que a temperatura medida esteja correta.
- Como a amostra testada da tela é preparada, repare-a na mesma posição que a amostra padrão da tela, a seguir Registre a temperatura da tela com o computador como um vídeo.
- Sistema padder uniforme
- Certifique-se que o padder uniforme está conectado ao compressor de ar através do encanamento. Ligue o compressor de ar e defina a sua pressão máxima de saída para 0,8 MPa.
- Ajuste manualmente os reguladores de pressão para controlar a pressão de ar aos pares dos cilindros da braçadeira, que são conectados ao rolo superior do padder, de modo que a umidade residual na tela possa ser controlada. Assegure-se de que a pressão em ambos os lados do rolo seja igual de modo que o índice de umidade do tecido distribuído sobre cada área seja mesmo.
- O poder no padder, certifica-se que o rolo pode a rotação livremente, a seguir põr a amostra saturada da tela com suficiente absorção da umidade no rolo superior do padder uniforme, de modo que a tela testada possa ser espremida através do par e da umidade do rolo a distribuição dentro da tela pode ser controlada para ser uniforme.
- Desligue o padder.
- Unidade de medição de peso e espessura
- Coloque uma balança eletrônica em uma plataforma horizontal e Tara-lo. Coloque pesos padrão na balança para calibração para que a amostra possa ser ponderada com precisão.
- Recorte uma amostra retangular de tecido com largura e comprimento de 10 cm e 31 cm, respectivamente. Ligue o instrumento de teste de espessura (consulte a tabela de materiais) e conecte-o ao computador. Coloc estas amostras da tela na plataforma do teste do FTT. Abra o software de operação do FTT, clique em "Iniciar" na interface de operação, em seguida, teste automaticamente a espessura do tecido pelo FTT e gravá-lo na interface de operação.
- Unidade do fogão de secagem
- O poder no fogão de secagem e certifica-se que nenhuma amostra está na sala de secagem. Ajuste o fogão de secagem a uma alta temperatura (o ° c 120 é usado neste trabalho) por 30 minutos para evate a umidade absorvida pela parede interna do fogão.
- Pré-aqueça o fogão de secagem à temperatura desejada (o ° c 45 é usado neste trabalho) de modo que o fogão possa ser usado diretamente para amostras de secagem da tela.
2. teste de amostra e o processo de fabricação
- Cortar tecidos quadrados de 250 mm x 250 mm do mesmo tecido usado para a amostra de tecido retangular com tesouras e uma régua de triângulo para a fabricação de espécimes de teste (área do tecido = 6,25 × 104 mm2). Põr os espécimes da tela no fogão de secagem para evate a umidade residente absorvida do ambiente de modo que seu peso líquido possa ser obtido.
- Tire um pedaço de amostra de tecido do fogão de secagem, em seguida, medir o peso inicial, W0, da amostra com o equilíbrio eletrônico.
- Mergulhe a amostra da tela na água por 5 minutos para assegurar-se de que a tela absorva a umidade até a saturação. Telha a amostra de tecido saturado sobre o rolo superior do padder uniforme para obter o desejado mesmo teor de umidade inicial.
- Ligue o padder e defina uma pressão inicial com os reguladores de pressão. Como a amostra de azulejos passa através do casal de rolos, desligue o padder e retire a amostra do padder.
- Meça o peso da amostra molhada da tela, W1, da amostra com o contrapeso eletrônico. A humidade residual do tecido pode ser calculada como C = (w1-w0)/w0, e a área de teor de humidade média no tecido pode ser calculada como wa = (w 1-W0)/A.
- Se o teor de humidade pretendido, Cd, não for obtido, seque os rolos com uma toalha ou toalha de papel primeiro e, em seguida, repita os passos 2.4-2.5 até Cd está definido.
- Se necessário, corte uma tira da amostra da mesma tela usada preparando o espécime do teste, a seguir meça e registre sua espessura.
3. aquisição de dados, pós-processamento e análise
- Como feito na etapa 1,1, ajuste a temperatura e a velocidade da tomada do ventilador de ar aos valores desejados e cubra o bocal com a placa elevada da resistência térmica. Uma vez que a amostra testada da tela é preparada (seção 2), fixe-a com o dispositivo elétrico da placa da agulha para o teste da seqüência e o poder no thermograph infravermelho. Comece a gravar a temperatura da amostra.
- Remova a placa coberta que o ar quente pode impinge na superfície mais baixa da amostra testada diretamente. Observe as mudanças na temperatura de secagem do tecido no computador durante o processo de secagem. Quando a temperatura de secagem aumenta a um valor constante e dura aproximadamente 30 s, o que significa que o tecido amostrado está seco para o estado alvo, parar a gravação. Leve a amostra para longe da luminária e cubra o bico com a placa de alta resistência térmica novamente.
- Se necessário, defina a área de análise de destino com uma ferramenta de pós-processamento de suporte para o termográfico infravermelho (para plotagem de dados, economia, etc.) para que as características de secagem (normalmente como a temperatura varia com o tempo) desse ponto do tecido testado possam ser Obtido.
- Se necessário, navegue o vídeo para a porção de diferentes estágios de secagem e salve o quadro de vídeo como uma imagem colorida. Em seguida, a área da região seca por ar quente pode ser calculada pelo método de processamento de imagem de acordo com os seguintes passos14. Primeiro, cinza a imagem colorida com o método médio ponderado para escala de cinza da imagem, em seguida, esta a imagem de escala de cinza obtida com o método OStu definindo o limite para o valor de escala de cinza em que a temperatura na imagem está próxima ao ar quente Temperatura. Assim, a área da região seca pode ser calculada na imagem de binarização.
- Repita as etapas 3.1-3.4 e registre as características de secagem de cada amostra de tecido ajustando a velocidade do fluxo de ar, temperatura, direção, bem como material de tecido, parâmetros físicos, etc.
- Observe todas as diferenças a variação da temperatura do ar, velocidade do ar, direção do fluxo aéreo e espessura da tela.
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Representative Results
Os dados apresentados na Figura 2 são contornos típicos de temperatura para o tecido de algodão em diferentes estágios de secagem, a condição de que a velocidade do ar e a temperatura na saída do bocal sejam 20,0 m/s e 120 ° c, respectivamente. Pode ser figurado da Figura 2a, B, C, D que a secagem do impacto do ar, a temperatura decai do centro à periferia e dá forma a jogos de círculos concêntricos. Entretanto, a temperatura decai dramàtica na borda da área direta do choque. A distribuição de temperatura ao longo de uma trajetória arbitrária pode ser desenhada com a ferramenta de pós-processamento de apoio especial para o termográfico infravermelho. Figura 2 E mostra a temperatura ao longo da linha de centro horizontal da tela em estágios diferentes em um processo de secagem típico. Isto é causado pelo coeficiente elevado da difusão da tela ou pela resistência térmica em um sentido horizontal, e mesmo pela extensão do tempo de secagem a 50 s; como mostrado, a temperatura perto da borda da área do choque aumenta muito pouco comparada àquela do estado estacionário (veja Figura 2C; o processo de secagem atinge o estado estacionário em aproximadamente 20 s).
Os dados históricos em cada ponto do vídeo também podem ser plotados com a ferramenta de pós-processamento. A Figura 3 ilustra alguns resultados típicos medidos no ponto central da área do choque circunstâncias iniciais diferentes. Figura 3 A , B mostra a influência da temperatura e da velocidade do ar no processo de secagem. Normalmente, quanto maior a temperatura ou velocidade, mais rápido o tecido a ser seco; no entanto, a temperatura do ar influenciou a temperatura tanto no estado de taxa constante quanto no estado estacionário, enquanto a velocidade do ar influenciou apenas a temperatura do estado estacionário. Figura 3 C mostra o processo de secagem para telas com o mesmo índice de umidade médio da área inicial quando a espessura é diferente. O padder uniforme é importante para controlar a distribuição da umidade em cada canto da tela para ser uniforme. Porque o índice de umidade saturado de uma tela fina é aparentemente mais baixo do que aquele de um mais grosso, a seguir o índice de umidade desejável, Cd, da tela mais grossa nesta situação é muito difícil de ajustar. Assim, o espécime deve ser processado com o padder duas ou mais vezes.
Figura 3 C revela que o maior coeficiente de difusão de amostras mais grossas retarda o processo de secagem. Isto é importante para um processo de secagem do multi-bocal porque um sistema projetado é usado sempre para secar a tela com o mesmo material mas com espessura diferente. Figura 3 D mostra o processo de secagem diferentes direções de fluxo de ar, enquanto a Figura 3E mostra o contorno da temperatura um estado estacionário em 60 s. Como revelado na Figura 2, a temperatura do tecido muda pouco depois de atingir o estado estacionário, e a área seca pode ser calculada com o método de processamento de imagem com base no contorno da temperatura. Os resultados da binarização são mostrados como a Figura 3F, em que a área em branco representa a área seca e a razão destes cinco Estados de 65 ° a 90 ° é 0.61:0.81:1.07:1.02:1.01:1. Isso também é causado pelo coeficiente de alta difusão do tecido e parâmetros termodinâmico fluidos em uma direção horizontal, o que é importante em estratégias para definir o tempo de secagem.
Figura 1: equipamento experimental. É mostrada uma representação esquemática do equipamento experimental, consistindo na unidade de soprador de ar quente para o fornecimento de ar de impacto com diferentes temperaturas, velocidades e direções. Igualmente representado é o sistema uniforme do padder usado controlando a distribuição mesmo do índice de umidade em cada área da tela, unidade infravermelha do thermograph para gravar a história da temperatura de cada processo de secagem de incidem, e alguns dispositivos auxiliares para medir o peso da tela, espessura da tela, e assim por diante. Os resultados obtidos são então analisados no sistema informático. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: o contorno da temperatura do tecido de algodão em diferentes estágios de secagem. Os contornos de temperatura são mostrados nas condições Va = 20,0 m/s, T = 120 ° c e cd = 70%. Figura 2 A mostra o contorno da temperatura em t = 0 s, enquanto a Figura 2B, C, D mostra aqueles em t = 5 s, 20 s e 50 s. lendas P01, P02, P03 e P04 em cada imagem mostram a variação de temperatura em diferentes pontos de amostragem no tecido em formato digital. Figura 2 E ilustra a distribuição da temperatura ao longo da linha de centro horizontal da tela em épocas diferentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: resultados típicos medidos no ponto central da área de choque diferentes condições iniciais. Figura 3 A mostra a influência da temperatura do ar em Va = 20,0 m/s e Cd = 70%. Figura 3 B mostra a influência da velocidade do ar em T = 120 ° c e cd = 70%. Figura 3 C mostra a influência do tecido com a mesma área inicial de teor de umidade média, Wa, de 48 g/m2; no entanto, sua espessura foi diferente na Va = 20,0 m/s e T = 120 ° c. Figura 3 D, e, F mostram a influência da direção do fluxo de ar em Va = 20,0 m/s, T = 120 ° c e cD = 70%. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Esta seção fornece algumas dicas necessárias para garantir resultados quantitativos confiáveis. Primeiramente, os espécimes da tela devem ser mantidos completamente secos para assegurar-se de que os pesos iniciais estejam corretos. Isto é realizável através do processo de secagem (isto é, usando um fogão de secagem apropriado). Se possível, uma umidade do ambiente que é mantida constante beneficia o experimento.
Em segundo lugar, os espécimes da tela devem ser bem processados para assegurar-se de que a umidade em cada região da tela seja uniforme. Isto pode ser feito manualmente processando com um padder uniforme ou um processo similar. A chave para operar o padder uniforme é certificar-se de que a pressão de ar fornecida aos cilindros de aperto em ambos os lados do rolo superior é igual, que impede uma diferença da força da imprensa à tela.
A calibração apropriada do thermograph infravermelho deve ser assegurada para obter uma temperatura exata. Enquanto isso, o processo de gravação de temperatura é lançado manualmente e vários segundos à frente da remoção da placa de alta resistência térmica, para que os usuários também são obrigados a estimar quantos quadros devem ser ignorados. Isso pode variar entre os indivíduos, portanto, vários testes experimentais para a prática são recomendados antes de tomar medidas reais.
Uma limitação da técnica é que os espécimes da tela são secos um ambiente aberto, e a temperatura e a umidade circunvizinhas desejadas não podem ser ajustadas; assim, os resultados experimentais não refletem diretamente os processos de secagem condições de trabalho reais de um ajuste de calor. O equipamento de teste deve ser melhorado mais para o trabalho futuro.
O procedimento relatado fornece detalhes para estudar a transferência do calor e da umidade da tela durante o processo de secagem de incidem. O índice de umidade inicial é bem-controlado para ser uniforme, quando a temperatura de superfície em cada ponto da tela for obtida através do set-up desenvolvido.
Em resumo, o procedimento descrito neste relatório pode ser usado para estudar os efeitos de parâmetros do impacto do ar em características de secagem de um tecido controlando a umidade da tela a um status uniforme. Deve-se notar que a distribuição de umidade é normalmente ignorada na pesquisa atual de diferentes campos, mas influencia significativamente o processo de secagem e os resultados de secagem. Recomenda-se que todas as etapas deste protocolo sejam executadas em um ambiente sem convecção do ar para evitar toda a degradação ambiental-relacionada.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Este trabalho foi apoiado pelo fundo conjunto NSFC-Zhejiang para a integração de industrialização e informatização (número de subvenção U1609205) e Fundação Nacional de ciências naturais da China (número 51605443), o projeto-chave de pesquisa e desenvolvimento de Província de Zhejiang (Grant Number 2018C01027), o 521 projeto de talento da Universidade de Zhejiang Sci-Tech, e os jovens pesquisadores Fundação de Zhejiang Provincial top chave acadêmica disciplina de engenharia mecânica da Universidade de Zhejiang Sci-Tech (Grant número 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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