垂直熨烫中蒸汽射流冲击织物热湿传递研究及喷孔优化

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1、学校代码：10255学号：1149173东华大学博士学位论文垂直熨烫中蒸汽射流冲击织物热湿传递研究及喷孔优化StudyonHeatandMoistureTransferofFabricImpactedbySteamJetinGarmentSteamerandOptimizationofOrifices学科（专业）：服装设计与工程作者姓名：梁帅童指导教师：吴雄英教授答辩日期：2018年5月21日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的

2、内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师

3、签名：日期：年月日日期：年月日东华大学博士学位论文垂直熨烫中蒸汽射流冲击织物热湿传递研究及喷孔优化摘要衣物的垂直熨烫系统（挂烫机）特点在于仅使用常压水蒸汽射流冲击处于悬挂状态的织物，而未使用作用于织物的外力去除织物上的褶皱。垂直熨烫系统使用的蒸汽射流不仅改变了熨烫的形式，还改变了熨烫过程中影响因素的贡献及整个物理过程。然而，传统熨烫理论仅定性讨论了干态织物的熨烫经验温度，而熨烫过程中涉及到的影响因素及交互作用形成的复杂热湿环境及过程尚未得到有效研究。同时，由于织物复杂的多级结构造成了传统的平板射流冲击理论的不适用，尚未有水蒸汽接触织物后的热力过程及射流冲

4、击织物的定性或定量研究。水蒸汽作为清洁、安全热源与水源在诸如干衣、消毒等家用织物护理过程中应用广泛，本研究对衣物护理过程中水蒸汽的研究与应用有重要意义。本研究首创性开发了织物熨烫原型机系统，在此原型机系统的基础上，研究了垂直熨烫的主要影响因素，并根据显著影响因素建立了经验方程。然后，对水蒸汽热力学过程及射流冲击织物的热湿传递进行了研究：建立笛卡尔坐标系下的热传导数学模型，推导出基于纤维半径形成的毛细流动通道的Lucas-Washburn改进模型。最后，根据垂直熨烫的影响因素与织物内的热湿传递各向异性的研究成果，通过改变喷孔排列参数，优化织物中热扩散与冷凝

5、水传输的各向异性，从而改善温度分布，提升烫后平整度。主要研究内容和结论如下：（1）开发了织物熨烫原型机系统。该系统实现了蒸汽的生产模块，蒸汽喷孔的定量自动运动控制模块和蒸汽流量和温度计量、控制装置模块的整合。两个独立且经过受训的评级人员进行了30组的随机验证试验，试验结果在95%置信区间下使用双侧配对t检验计算出的t值为1.05，大于检验值0.30，两个观察者结果的相关系数为0.96，进一步验证了两个观察者结果的一致性。该系统为研究不同材料的熨烫知识与硬件改造，如蒸汽射流冲击织物与喷孔的优化等研究打下了坚实的基础。（2）探索了垂直熨烫时织物平整度的影响因

6、素及其交互作用。研究结果表明，蒸汽流量和熨烫移动速度是决定织物外观平整度的两个主要因素，而独立变量蒸汽流量与底板温度之间的交互作用会降低织物的外观平整度约0.3级。试验结果和经验方程预测数据之间差异≤0.2级，表明了经验模型的适用性较好。I东华大学博士学位论文（3）研究了水蒸汽射流冲击悬挂的织物中的毛细水扩散和热传导扩散。包括蒸汽冷凝过程，热扩散过程和毛细水的流动过程。计算结果表明，水蒸汽及其冷凝是热量的唯一有效来源，其冷却热仅为冷凝释放热的4%，而现有装置的蒸汽利用率只有3%。水蒸气接触织物后所产生的冷凝热主要通过纤维传导完成，而水的传输是通过织物内部

7、的毛细管进行传播。本文使用纤维有效半径对织物内由于蒸汽冷凝所形成的毛细流动进行数学描述，并将基于织物各向异性的重力项加入了Lucas-Washburn方程并求解后发现，由于纤维具有的复杂多级结构，蒸汽射流过程中的水扩散过程与散热过程无关，证明了传统流体力学与工程热力学中的边界层类比理论无法适用于织物热湿传递过程宏观尺度上的分析。（4）研究了蒸汽射流喷孔的优化问题。计算指出单孔蒸汽射流的雷诺4数大于10，水蒸汽射流接触到织物前已经转捩成为湍流。长短轴比为2:1，特征直径为3.67mm的椭圆形喷孔能够同时优化最大热扩散面积及热扩散各向异性，在此基础上喷孔阵列

8、优化提升了织物熨烫后织物平整度等级从2.02级提升到了2.9级，提升约25%~5