织物射流冲击干燥下温度变化数值模拟

本文针对织物射流冲击干燥特性建模中对流换热系数与主流温度设定困难的问题，采用UDF程序对ANSYS FLUENT进行二次开发，耦合了射流冲击外流场供热与织物内水分蒸发过程，建立了射流冲击下织物干燥特性模型，探索了热风速度、热风温度、织物密度、织物厚度等参数对冲击干燥下织物温度的影响，研究了5种不同织物干燥过程的温度变化曲线差异，并开展相关实验验证。结果表明：针对不同织物材料参数，织物克重对织物干燥特性影响最大，比热容影响最小，孔隙率和材料密度的影响类似；对不同种类织物，棉织物表观密度最大，所需干燥时间最长约56 s，聚脂纤维表观密度最小，所需干燥时间为最短约33 s；该研究可为印染热定型设备设计与生产工艺参数优化提供理论参考，具有较好的社会效益与经济效益。

当前， 控制碳排放已成为国际社会的共识[1]。

作为高排放、高能耗的印染行业， 亟需加快设备升级， 进一步降低印染热定型设备能耗。在印染行业中，热风干燥被广泛使用[2] [3]。目前，在热定形设备制造上我国已具备较强的能力，但与国际先进水平相比在能耗、高端织物热定形性能等方面仍有较大的差距[4] [5]。因此，有必要开展织物干燥过程传热传质机理研究，为印染热定形装备的结构设计和热定形工艺参数优化提供理论依据[6]。

国内外研究者已对织物干燥过程的水分传热传质特性开展了相关的研究。Etemoglu 等[7]建立了热风冲击下织物传热传质模型，研究了热风温度、热风速度等工艺参数对织物干燥特性的影响。Akyol 等[8]采用神经网络算法对织物的干燥特性进行了建模，预测了织物的干燥过程，得到了较佳的温度、压力等工艺参数。

Khan 等[9]研究了湿度和热风速度对多孔介质干燥的影响规律， 利用非热平衡传热传质理论建立了其干燥特性模型，并通过实验对计算模型进行了验证。Elhalwagy 等[10]运用计算流体动力学(CFD)建立了多孔材料的干燥特性模型，发现多孔材料干燥阻力与材料自身特性直接相关。

Defraeye 等[11] [12]利用FLUENT 软件和自编写HAM 程序，对多孔介质干燥过程的气体流动区域和干燥特性进行了分析， 与利用热平衡的计算结果进行了对比分析， 对传热传质类比关系进行了验证。

钱淼等[13] [14] [15]研究了织物在冲击干燥下的传热传质特性， 建立了二维织物干燥传热传质模型， 对织物的温度变化进行了预测。

热风冲击干燥多孔织物时，主要通过对流向织物传递热量。上述的常用干燥模型中的对流换热系数往往设定为恒定值。可是热空气冲击干燥过程中对流换热系数会随时间发生变化，这使得前期已建立的基于集总参数法干燥特性模型在分析冲击干燥织物传热传质过程存在一定的不足[16]。

本文通过UDF (User Defined Function)和FLUENT 联合仿真， 耦合了热空气流场和织物内水分蒸发的