【摘要】：家用滾筒洗衣機的洗滌是通過衣物在滾筒內(nèi)升高、滑落/摔落,融合揉搓、捶打等作用方式,清除衣物的污漬。滾筒洗衣機是歐洲地區(qū)最為常見的類型,近幾年在國內(nèi)的市場占有率也呈逐年上升的趨勢。目前針對滾筒洗滌研究主要在傳統(tǒng)洗滌參數(shù)、洗滌劑和溫度對洗凈效果的影響,鮮有研究關注洗衣機內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)提供的機械能和水流沖擊作用。一方面因為滾筒洗滌過程涉及各種復雜的作用力,且力的作用方式和大小時刻發(fā)生變化,無法定量研究,另一方面如何研究和表征機械作用的手段也比較匱乏。而機械作用是影響最終洗滌效果的主要因素,因此有必要深入研究該作用方式的運行機制。本課題首先研制了適用于滾筒洗滌織物運動軌跡追蹤系統(tǒng),該追蹤系統(tǒng)可實時記錄示蹤織物質(zhì)心軌跡,實現(xiàn)織物運動指標的可視化處理�；谠撓到y(tǒng),研究了傳統(tǒng)洗滌參數(shù)、織物參數(shù)和滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)對織物洗滌運動的影響。綜合上述三種參數(shù),運用量綱分析,提出無量綱滾筒洗衣機模型,研究無量綱量及其交互作用對洗凈的影響,建立垂直摔落過程水分沿織物厚度方向的對流傳輸模型。最后,研究了滾筒洗滌純棉織物折皺形成機理,并從機械作用角度解釋折皺形成的原因。主要研究內(nèi)容如下:(1)開發(fā)織物運動軌跡追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時記錄示蹤織物質(zhì)心運動軌跡,對運動軌跡數(shù)據(jù)進行處理,提取有效運動指標,如速度(x方向速度、y方向速度和總速度)、加速度、剪切速率和滯留時間等,對上述運動指標進行處理,得到可視化的運動指標分布圖。對該系統(tǒng)在一定條件下記錄的織物質(zhì)心在橫截面上的分布以及質(zhì)心隨時間的變化,結(jié)合實際錄制視頻對比分析可知,該系統(tǒng)可用于反映織物在洗滌過程的運動質(zhì)心變化。(2)滾筒洗滌動力學實驗研究�；诳椢镞\動軌跡追蹤系統(tǒng),建立織物運動指標體系,分別研究洗滌參數(shù)、筒結(jié)構(gòu)參數(shù)和織物參數(shù)對織物運動的影響機制。一個完整洗滌過程,通常包含滑落、摔落和旋轉(zhuǎn)等織物運動模式�？椢镔|(zhì)心歐拉速度分布圖出現(xiàn)分區(qū)域現(xiàn)象,位于滾筒左下側(cè)的“被動運動區(qū)域”和位于滾筒右上方的“主動運動區(qū)域”;被動運動和主動運動區(qū)域的配置關系對最終洗滌效果影響顯著。織物滯留時間分布圖上的“滯留區(qū)域”與被動運動面積區(qū)域相吻合。轉(zhuǎn)速影響織物運動分布,主要因為滾筒旋轉(zhuǎn)提供的離心力發(fā)生變化。虛擬質(zhì)量可以解釋水量變化對織物運動分布的影響�？椢镂�、濕態(tài)柔軟度和表面摩擦性會影響洗滌過程織物的運動。(3)探索織物運動對織物洗后性能影響�；诹烤V分析,構(gòu)建無量綱滾筒洗衣機模型,研究結(jié)果表明,濕態(tài)織物體積填充比、織物表面摩擦系數(shù)、水量比與弗勞德數(shù)的交互作用、水量比、粘度系數(shù)和水量比與摩擦系數(shù)的交互作用是影響洗凈性能的主要因素。濕態(tài)織物體積填充比、表面摩擦系數(shù)和水量比會顯著影響織物質(zhì)心-滾筒筒心距離,從而影響織物的摔落運動。建立摔落過程中水分沿多孔紡織材料厚度方向的對流傳輸模型,該模型考慮重力勢能的影響。當摔落速度大于0.2m/s時,沿織物沿厚度方向的傳輸速率隨速度增大逐漸增大。溫度變化也會影響傳輸速率,但35℃和60℃時,最后一層織物達到擴散平衡時的時間相差無幾。(4)探索機械作用對織物洗后外觀平整性影響。負載、洗滌轉(zhuǎn)速和脫水轉(zhuǎn)速是影響滾筒洗滌純棉織物折皺形成的主要影響因素。主洗階段形成的折皺是暫時的,非穩(wěn)態(tài)的;脫水階段可以固化主洗階段織物的彎曲形態(tài),最終形成折痕。脫水階段作用于纖維橫截面的壓應力約為0.17MPa,約是棉纖維塑性變形應力0.013~0.019MPa的10多倍。轉(zhuǎn)速影響織物進入脫水階段的最終形態(tài)�？椢锿庥^平整性隨負載增大而降低,因為負載增大,被動運動區(qū)域和滯留區(qū)域增大,織物自由伸展空間減小,織物質(zhì)心-筒心的平均距離縮短,織物更容易被困于接近內(nèi)筒筒心的位置,在橫向作用力下,發(fā)生纏繞,加劇折皺的形成。本文研究創(chuàng)新點主要有:(1)通過對滾筒洗滌動力學的研究,明確了洗滌參數(shù)、織物參數(shù)和滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)對滾筒洗滌織物運動的影響程度,并從受力分析和織物運動形態(tài)分布角度分析各因素的作用機制,為后續(xù)研究提供基礎。(2)首次對水流沖擊過程中水分沿織物厚度方向傳輸過程進行建模、求解和實驗研究,建立了水流沖擊織物過程水分沿織物厚度方向?qū)α鲾U散模型,定量討論了摔落沖擊速度和溫度變化對傳質(zhì)的影響,實驗數(shù)據(jù)與模型計算吻合較好,豐富了織物洗滌理論。(3)從織物運動角度解釋洗滌階段純棉織物折皺形成機理,被動運動區(qū)域面積與主動運動區(qū)域面積的配置關系會影響織物外觀平整性。折皺定型階段為脫水階段;洗滌階段織物形成的彎曲形態(tài)是暫時的,但該彎曲形態(tài)可以在脫水階段固化。本研究從織物運動和水分傳輸角度出發(fā),解釋摔落沖擊過程對提升洗凈效果的重要性。同時,探討了織物運動形態(tài)變化對純棉織物外觀平整性的影響。該研究成果可運用到相關衣物護理過程研究中。此外,織物運動軌跡追蹤系統(tǒng)也適用于烘干階段織物運動的追蹤。
【圖文】：

文 程織物運動面研究，電動機通過滾筒洗衣機內(nèi)筒轉(zhuǎn)動將能生整體運動。能量的傳輸受洗衣機結(jié)構(gòu)、操作參滾筒結(jié)構(gòu)中，，空間較大，織物更容易發(fā)生自由致可分為隨滾筒的旋轉(zhuǎn)運動、滑落和b寺湓碩�、弗劳德数是影响不同源TＪ降墓丶蛩豙18,1法主要分為實驗研究和數(shù)值模擬。物進行受力分析，通常會忽略織物間的相互作旋轉(zhuǎn)運動，如圖 1-2 所示。

學博士學位論文 緒論1972 年，Peskin 首次提出了浸入邊界法（immersed boundary），該方法可體力學與彈性力學的有機結(jié)合，即將柔性薄膜結(jié)構(gòu)作為 Navier-Stokes 動中的一種體力，膜結(jié)構(gòu)用拉格朗日坐標描述，流體流動則采用歐拉坐標描述 Delta 近似函數(shù)表示二者的相互作用[23]，圖 1-3 所示。浸入邊界法的流場用笛卡爾網(wǎng)格，無需處理物理平面到計算平面坐標和網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換問題[24]
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM925.33;TS101.923

【參考文獻】

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本文編號：2621574