织物几何结构参数与织物热传递性能的关系的量化研究

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近些年来,许多研究者致力于纺织品舒适性方面的研究,并获得了不错的成效。因此,如何提高纺织品的热舒适性目前仍是现代纺织行业中的热门方向。纵观近十年来,针对纺织品的热舒适性方面的研究非常活跃,研究范畴也颇广,且还提出了评价织物热舒适性的指标和评价体系,研究的主要范围大致分为以下几个方面,一是对织物热传递性能、传热机制和测试原理、测试方法的研究,二是织物传热性能测试装置的研制和开发。众所周知,结构决定性能,所以,织物热传递性能的差异肯定是织物结构的不同引起的。在过去的研究中,织物结构对性能的关系描述中定性描述偏多,而定量描述甚少。这对一门科学来讲是非常不严谨的。针对织物几何结构对织物热传递性能的关系探讨虽有研究,很多研究者对织物的厚度、容重、覆盖系数等宏观参数对织物热传递性能的影响有所描述,但是,具体的织物几何结构参数(如屈曲波高、屈曲长度等)是如何影响织物的热传递性能的,这方面甚少有人研究。所以,目前亟需对织物几何结构参数对其热传递性能的影响做定量研究。本课题基于具体织物几何结构参数和织物稳态、动态热传递性能的基本测试,来探讨织物的稳态、动态传热性能与具体的几何结构参数的关系。本课题选用了23种冬季常用的机织面料,重点分析了织物几何结构参数对其热传递性能的影响,并以织物热阻、瞬态的温度时间曲线及其相关指标分别作为织物稳态热舒适性和织物瞬态热舒适性的描述性指标,从而说明织物传热性能的高低。本课题主要是从定量的角度研究了织物的几何结构对织物稳态、动态热传递性能的影响,研究的主要内容包括以下几个方面:(1)织物几何结构参数的测试采用织物切片技术观察织物经纬向截面形态并测量织物的几何结构参数。(2)织物具体几何结构参数对其稳态热传递性能的关系探讨采用YG606 LF型平板式保温仪测试了织物的稳态传热性能,并以热阻、克罗值等指标来表征织物的稳态热舒适性。同时定量地分析了织物组织、纱线线密度、经纬纱线密度、厚度及容重等对织物热阻的影响。同时,借助多元回归分析方法分析了织物的几何结构参数对织物热阻的影响。(3)织物动态热传递性能的研究为了模拟冬季极寒冷的条件下服装接触人体皮肤的一瞬间引起人体皮肤温度发生变化的这一动态过程,采用YG406LF型平板式保温仪记录这一动态传热过程试验板的温度随时间的变化情况,得到了试验板(相当于人体皮肤)的温度随时间变化曲线,并提出了5大指标来表征这一动态传热过程,同时,分析了织物的几何结构参数与织物动态传热性能的关系。通过分析,得出以下结论:(1)织物的几何结构参数的改变会引起织物结构发生变化,从而影响织物的传热性能;(2)织物的稳态热传递性能用热阻来表示,且它受织物组织、纱线线密度、经纱密度、厚度和容重等的影响,其中,不同的织物组织下其热阻的大小顺序为平纹>2/1斜纹>2/2斜纹>3/1斜纹>3/2斜纹>5枚2飞纬面缎纹;热阻随纱线线密度、容重的增加而减小,随着经纱密度、厚度的增加呈现先增加后减小的趋势。(3)结构决定性能,织物的稳态热传递性能与其几何结构相参数有很大关系。通过多元回归分析,得到热阻与纱线线密度、经纱密度等几个参数的关系方程:R=4.636437-0.079031Tt+0.007937Pj+7.97498t-0.009196σ。从此关系方程可看出,在这几个参数中,厚度对织物热阻影响最大,其次是线密度、经纱密度和容重。(4)从织物几何结构相结构参数的角度量化了织物几何结构对织物热阻影响,利用多元回归分析方法,得到织物热阻与织物几何结构相参数的关系方程:R=0.0177+1.71j+4.7×105lw+0.0021hj/hw-5.2×105xj+7.2×106xw+0.0329dj/dw,从关系方程可看出,织物经纬纱直径的比值dj/dw阳经纬纱屈曲波高的比值hj/hw即织物几何特征参数对织物热阻影响较为显著,其次是经纬纱交织长度、一个组织循环的宽度。(5)表征织物动态热传递测试指标有最大温降△T1、温降时间△t1、降温速率k降、回复到起始温度所需时间△t:和升温速率k升。通过分别对5大动态传热指标与织物几何结构参数进行多元回归分析,得到5个回归方程,并对此方程进行分析可知,织物几何结构参数对织物动态传热性能的量化影响。此外,通过分析发现,织物动态传热性能主要跟织物有效接触面积有关。织物有效接触面积越大,完成这一动态传热过程的时间越短,织物的降温速率和回温速率越大。论文的结尾会对今后的研究方向进行展望。
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