【摘要】：家用滾筒洗衣機(jī)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(jī)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(guān)注洗衣機(jī)內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)提供的機(jī)械能和水流沖擊作用。一方面因?yàn)闈L筒洗滌過程涉及各種復(fù)雜的作用力,且力的作用方式和大小時(shí)刻發(fā)生變化,無法定量研究,另一方面如何研究和表征機(jī)械作用的手段也比較匱乏。而機(jī)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(yùn)行機(jī)制。本課題首先研制了適用于滾筒洗滌織物運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤系統(tǒng),該追蹤系統(tǒng)可實(shí)時(shí)記錄示蹤織物質(zhì)心軌跡,實(shí)現(xiàn)織物運(yùn)動(dòng)指標(biāo)的可視化處理。基于該系統(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(yùn)動(dòng)的影響。綜合上述三種參數(shù),運(yùn)用量綱分析,提出無量綱滾筒洗衣機(jī)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(jī)理,并從機(jī)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(yùn)動(dòng)軌跡追蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)記錄示蹤織物質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡,對運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,提取有效運(yùn)動(dòng)指標(biāo),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(shí)間等,對上述運(yùn)動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行處理,得到可視化的運(yùn)動(dòng)指標(biāo)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(shí)間的變化,結(jié)合實(shí)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(yùn)動(dòng)質(zhì)心變化。(2)滾筒洗滌動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。基于織物運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤系統(tǒng),建立織物運(yùn)動(dòng)指標(biāo)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(yùn)動(dòng)的影響機(jī)制。一個(gè)完整洗滌過程,通常包含滑落、摔落和旋轉(zhuǎn)等織物運(yùn)動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)區(qū)域”和位于滾筒右上方的“主動(dòng)運(yùn)動(dòng)區(qū)域”;被動(dòng)運(yùn)動(dòng)和主動(dòng)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的配置關(guān)系對最終洗滌效果影響顯著�？椢餃魰r(shí)間分布圖上的“滯留區(qū)域”與被動(dòng)運(yùn)動(dòng)面積區(qū)域相吻合。轉(zhuǎn)速影響織物運(yùn)動(dòng)分布,主要因?yàn)闈L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(yùn)動(dòng)分布的影響。織物吸水性、濕態(tài)柔軟度和表面摩擦性會(huì)影響洗滌過程織物的運(yùn)動(dòng)。(3)探索織物運(yùn)動(dòng)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(jī)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(huì)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(yùn)動(dòng)。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(dāng)摔落速度大于0.2m/s時(shí),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(huì)影響傳輸速率,但35℃和60℃時(shí),最后一層織物達(dá)到擴(kuò)散平衡時(shí)的時(shí)間相差無幾。(4)探索機(jī)械作用對織物洗后外觀平整性影響。負(fù)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(shí)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(yīng)力約為0.17MPa,約是棉纖維塑性變形應(yīng)力0.013~0.019MPa的10多倍。轉(zhuǎn)速影響織物進(jìn)入脫水階段的最終形態(tài)�？椢锿庥^平整性隨負(fù)載增大而降低,因?yàn)樨?fù)載增大,被動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)主要有:(1)通過對滾筒洗滌動(dòng)力學(xué)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(yùn)動(dòng)的影響程度,并從受力分析和織物運(yùn)動(dòng)形態(tài)分布角度分析各因素的作用機(jī)制,為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)。(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(jìn)行建模、求解和實(shí)驗(yàn)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(kuò)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型計(jì)算吻合較好,豐富了織物洗滌理論。(3)從織物運(yùn)動(dòng)角度解釋洗滌階段純棉織物折皺形成機(jī)理,被動(dòng)運(yùn)動(dòng)區(qū)域面積與主動(dòng)運(yùn)動(dòng)區(qū)域面積的配置關(guān)系會(huì)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(shí)的,但該彎曲形態(tài)可以在脫水階段固化。本研究從織物運(yùn)動(dòng)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(shí),探討了織物運(yùn)動(dòng)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(yùn)用到相關(guān)衣物護(hù)理過程研究中。此外,織物運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤系統(tǒng)也適用于烘干階段織物運(yùn)動(dòng)的追蹤。
【圖文】：

文 程織物運(yùn)動(dòng)面研究，電動(dòng)機(jī)通過滾筒洗衣機(jī)內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)將能生整體運(yùn)動(dòng)。能量的傳輸受洗衣機(jī)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(yùn)動(dòng)、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(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。物進(jìn)行受力分析，通常會(huì)忽略織物間的相互作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如圖 1-2 所示。

學(xué)博士學(xué)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(xué)與彈性力學(xué)的有機(jī)結(jié)合，即將柔性薄膜結(jié)構(gòu)作為 Navier-Stokes 動(dòng)中的一種體力，膜結(jié)構(gòu)用拉格朗日坐標(biāo)描述，流體流動(dòng)則采用歐拉坐標(biāo)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(jì)算平面坐標(biāo)和網(wǎng)格的轉(zhuǎn)換問題[24]
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM925.33;TS101.923

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2621574