超临界流体连续染纱流程与装置研究

论文摘要

超临界流体染色(Supercritical Fluid Dying,简称“SFD”)是21世纪最具活力的绿色染色方法之一,文中首先综述了SFD工艺和装置的研究现状,归纳了SFD的参数,指出了SFD工艺和核心设备—染纱器所存的问题,并针对存在的问题,提出了染纱器的设计思想,介绍了染纱器结构的由来,并给出了连续式染纱器的设计方法。所设计的超临界流体染纱器功能齐全,集染色、清洗浮色于一体,不仅实现了均匀染色,而且实现了连续化操作,节约了资源,又减少了染色的时间,易于工业放大。通过归纳分析目前超临界流体染色工艺及所设计染纱器的特点,确定了动态染色工艺,给出了染色工艺参数,并给出了整套染色装置的设计方法,包括循环泵、加热器、冷却器和二氧化碳储罐等设备,确定了各设备的结构尺寸,并进行了强度校核计算。所确定的动态染色工艺可以涵盖目前市场上绝大多数的织物和纱线,实现了均匀染色。将流体穿过筒纱的模型简化为流体穿过多孔介质的二维轴对称模型,建立了纱仓流场数值模拟的计算模型,并利用FLUENT软件自带的多孔介质模型对纱仓流场进行了数值模拟,找出了影响纱仓流场的各个因素,确定了流体分布器的结构:开孔直径5mm、开孔率0.6。在流场模拟结果的基础上,将开孔均布的筒管改为轴向上开孔率不同的五段式筒管,并设计了正交试验,得到了最优的筒管开孔情况,即筒管各段的开孔率分别为0.5、0.1、0.3、0.1和0.4。所取得的模拟结果,为纱仓结构的优化提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 超临界流体染色技术综述和研究现状
• 1.2.1 超临界流体染色技术综述
• 1.2.2 超临界流体染色工艺研究现状
• 1.2.3 超临界流体染色装置研究现状
• 1.2.4 超临界流体染色器现状
• 1.2.5 超临界流体染色参数现状
• 1.3 超临界流体染色存在的问题
• 1.4 课题的研究内容
• 第2章 超临界流体连续染纱器创新结构
• 2.1 染纱器创构思想
• 2.2 染纱器结构由来
• 2.3 染纱器结构
• 2.3.1 纱仓
• 2.3.2 纱仓托架
• 2.4 染纱器操作说明
• 2.5 染纱器工艺尺寸
• 2.5.1 纱仓尺寸
• 2.5.2 筒体尺寸
• 2.5.3 卡箍尺寸
• 2.6 本章小结
• 第3章 超临界流体连续染纱工艺和装置设计
• 3.1 染纱工艺流程设计
• 3.1.1 染纱工艺流程设计思想
• 3.1.2 染纱工艺流程
• 3.1.3 染纱工艺流程操作说明
• 3.2 染纱参数的确定
• 3.3 设备设计
• 3.3.1 循环泵选型
• 3.3.2 二氧化碳罐设计
• 3.3.3 加压泵选型
• 3.3.4 冷却器设计
• 3.3.5 加热器设计
• 3.4 强度和刚度校核
• 3.4.1 筒体强度校核
• 3.4.2 平盖强度校核
• 3.4.3 卡箍强度校核
• 3.4.4 流体分布器刚度校核
• 3.5 超临界流体连续染纱装置
• 3.6 本章小结
• 第4章 纱仓流场模拟与优化
• 4.1 引言
• 4.2 纱仓流场模拟的理论分析
• 4.3 纱仓流场模拟
• 4.3.1 纱仓几何模型
• 4.3.2 网格划分
• 4.3.3 边界条件的指定
• 4.3.4 模型的求解
• 4.4 筒管和流体分布器开孔的确定
• 4.4.1 流体对纱仓流场的影响
• 4.4.2 筒管和流体分布器适宜开孔组合的确定
• 4.4.3 染纱器结构的优化
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文
• 学位论文评阅及答辩情况表