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《浙江理工大学》 2018年
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热风拉幅定型机烘箱系统建模与能耗优化研究

顾敏明  
【摘要】:热定型是印染工业后整理环节最重要的工序之一。热风拉幅热定型机是印染行业应用最广泛的工艺设备,烘箱作为热定型机的关键部件,其能耗占定型机能耗85%以上。开展定型机烘箱系统优化研究对于降低热定型过程的能耗有着十分重大的意义。论文分析了热定型研究和实际应用现状,发现目前定型机烘箱系统存在以下关键技术难题:一是烘箱系统存在内部流场不稳定、温度不均匀;二是缺乏织物定型过程温度、能耗等数学模型,工艺参数设置依赖经验,成品质量不稳定,能源利用率不高。本论文在现有研究的基础上,对热风拉幅定型机烘箱系统建模与优化进行了系统研究,主要工作如下:1)设计了涡流破碎装置及风道回流结构。建立了热定型烘箱整体的三维模型,利用Fluent软件对烘箱单元进行了数值模拟,分析了烘箱内温度场、速度场的分布。针对烘箱运行过程中流体运行不畅、存在大尺寸涡流的情况,提出了一种涡破碎结构,并设计了非均分的排布方式,消除了该涡流,改善了烘箱内部流场,提升能源利用率;针对烘箱风道上方流动情况紊乱的问题,设计了一种风道回流结构,改善风道上方的流动情况。2)建立了干、湿两类织物热定型过程的数学模型。针对干布热定型,分析了气体和干燥布匹之间的对流换热过程,建立了基于对流换热理论的织物瞬时温度计算数学模型,并进行了实验验证;针对湿布热定型,基于传热传质的基本原理以及水分蒸发特性,建立了织物瞬时温度、蒸发速率等数学模型并进行了实验验证,并定量的分析了烘箱温度、初始含水率、烘箱环境湿度等因素对各织物热定型状态的影响。3)建立了干、湿两类织物热定型过程的能耗模型。分别建立了热定型过程织物加热能耗、空气加热能耗、蒸发能耗等数学模型以及热定型过程总能耗模型,绘制了能流图。与统计数据的对比结果表明论文提出的模型准确性高。4)优化了定型机烘箱参数的设定值。以织物生产能耗最小化为目标函数,以各节烘箱温度、织物热定型速度为优化变量,对定型机烘箱热定型系统开展了工艺参数优化,改进了 PSO算法,克服“粒子”早熟的问题,降低热定型过程的能源消耗。5)设计了一套以浙江中控DCS为核心的定型机烘箱机电控制系统。完成了电气柜及DCS组态软件设计,编制了控制算法,并在合作单位定型机上进行了应用。系统在定型机关键参数的控制上具有较好的精度、较快的速度,体现了论文研究具有较好的应用前景。
【学位授予单位】:浙江理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TS195.33

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【参考文献】
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