超临界流体染色装置研究与染色器内部流场模拟

论文摘要

超临界流体染色(Supercritical Fluid Dyeing, SFD)技术是利用超临界二氧化碳代替水作为染色介质进行染色的无水染色新技术,有效地消除了传统水染工艺对水资源的污染。文中综述了超临界流体染色工艺流程、工艺条件和染色装置,指出了现行超临界流体染色设备,尤其是染色器,存在的容易产生色差的问题。通过借鉴传统水染设备的结构,并结合超临界流体染色的特点提出了种新型的适合染宽幅织物的超临界流体染色器。新型超临界流体染色器中染液与织物双运动,有效克服了传统经轴超临界流体染色器容易产生色差的缺点,并且提高了染色效率。介绍了新型超临界流体染色器的运行原理及设计原则,并给出了其承压部件的结构和设计方法,给出了染液分布器的设计原则,提出了一种新型高压屏蔽电机结构,给出了循环泵选型计算方法。针对新型超临界流体染色器的特点,提出了一套完整的、可用于工业化放大的超临界流体染色工艺流程,给出了具体操作过程,并介绍了其中关键设备的设计参数或选型方法。整套装置可满足几乎已有的超临界流体染色工艺条件进行了新型超临界流体染色器内部流场的数值模拟,首先通过较为简单的2D数值模拟对染色器内部部件的排列进行优化,通过模拟结果的分析改进了染色器内部结构,有效地消除了流场的局部短路现象。然后通过3D数值模拟对染液分布器进行了考察,通过合理地布局染液分布器多孔板的开孔,可以使染色器内部流场较为均匀的分布。优化染液分布器多孔板参数后的染色器内部流场与2D数值模拟结果较为相似。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 超临界流体染色发展背景
• 1.1.1 传统染整工业对自然环境的影响
• 1.1.2 纺织品染色工业水污染解决方案演化
• 1.2 超临界流体染色技术介绍
• 1.2.1 超临界二氧化碳的特点
• 1.2.2 超临界流体染色的原理和特点
• 1.3 超临界流体染色技术研究进展
• 1.3.1 超临界流体染色工艺
• 1.3.2 纤维特性对超临界流体染色的影响
• 1.3.3 染料溶解度对超临界流体染色的影响
• 1.3.4 工艺条件对超临界流体染色的影响
• 1.4 超临界流体染色设备的发展
• 1.4.1 超临界流体染色设备的特点
• 1.4.2 超临界流体染色器结构的发展
• 1.5 课题的提出及研究意义
• 1.5.1 课题的提出
• 1.5.2 研究意义
• 1.5.3 主要研究内容
• 第2章 超临界流体染色装置设计
• 2.1 染色器结构及染色原理
• 2.2 染色器承压部件的设计
• 2.2.1 免除疲劳设计分析核定
• 2.2.2 圆筒壁厚的计算
• 2.2.3 平封头壁厚的计算
• 2.2.4 快开结构的设计及校核
• 2.3 染液分布器设计
• 2.4 传动电机设计
• 2.5 循环泵流量计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 超临界流体染色装置工艺流程
• 3.1 超临界流体染色工艺流程设计
• 3.1.1 工艺流程设计思路
• 3.1.2 超临界流体染色工艺流程
• 3.2 超临界流体染色装置工艺计算
• 3.2.1 超临界流体染色工艺条件
• 3.2.2 超临界流体染色装置设备参数
• 3.3 本章小结
• 第4章 染色器流场模拟的数学模型
• 4.1 流体流动数学模型
• 4.1.1 质量守恒方程
• 4.1.2 动量守恒方程
• 4.1.3 湍流模型
• 4.1.4 多孔跳跃模型
• 4.2 多孔板流场阻力数学模型
• 4.3 织物流场阻力数学模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 染色器流场模拟与优化
• 5.1 数值模拟介绍
• 5.2 染色器流场2D模拟
• 5.2.1 染色器流场2D模拟策略
• 5.2.2 2D计算域及边界条件
• 5.2.3 染色器流场模拟结果及分析
• 5.2.4 染色器内部结构改进及模拟结果
• 5.3 染色器流场3D模拟
• 5.3.1 染色器流场3D模拟策略
• 5.3.2 计算域模型及边界条件
• 5.3.3 染色器流场3D模拟结果及分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辫情况表