玻璃纤维织物热传递的数值模拟研究

发布时间：2017-08-21 18:05

  本文关键词：玻璃纤维织物热传递的数值模拟研究

  更多相关文章： 机织物 数值模拟 有限元方法 热传递 涂层织物 石油管道

【摘要】：数值模拟技术将织物虚拟化,构建织物的三维几何模型并利用有限元方法对其性能进行分析,是近几年来研究的热点。传统的热防护材料开发均以高温环境为基础,这既加大成本又降低效率,而计算机模拟技术在纺织中的应用可在一定程度上缓解这些问题。通过建立织物热传递模型,可经济而迅速地预测材料的防护性能,为材料的应用提供理论基础。本文研究基于织物几何结构对织物建立模型,首先织造了5种单层织物和两种双层织物并测量了各织物以及纱线的各项性能参数,包括织物厚度、导热系数和比热,纱线的宽、高和间距等,再利用织物建模技术,通过设置纱线路径、织物截面形状得到织物模型。所得模型能准确地描述织物中纱线的空间结构,得到较逼真的三维立体的模拟效果且与原有研究中将织物定义为匀质平板相比,本模型更加贴近织物的实际情况。本文探究了织物热分析方法,热分析中,对所构建的织物几何模型在有限元分析中能够分别定义织物内的纱线组分和空气组分,赋予其各自的物理性能参数。且织物系统各部分接触良好。将所构建模型用于热分析,得到了织物受热后不同时刻的温度分布和温升曲线图。结果表明织物内的温度沿着热量传递的方向由上向下均匀上升。且织物中浮长线长度和组织类型,会影响到热量在织物中的传递规律,即织物结构越疏松,浮长线越长,织物内孔隙越大,所含空气量越多,织物背面温度较低,因此隔热性也较好。通过烧蚀试验验证了数值模拟结果与试验结果非常接近。最后,将本课题建立的织物传热模型应用于涂层织物和输油管道保温织物的传热过程模拟,结果表明利用数值方法获得的模拟结果能够反映试验的真实效果,这也说明基于织物几何结构构建的织物传热模型可为今后热防护材料的制备和性能评估提供理论基础,具备一定的实用价值和经济价值。
【关键词】：机织物 数值模拟 有限元方法 热传递 涂层织物 石油管道
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.777.7
【目录】：

• 学位论文主要创新点3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 前言10
• 1.2 数值模拟在纺织中的研究现状10-12
• 1.2.1 数值模拟在国内的研究现状11
• 1.2.2 数值模拟在国外的研究现状11-12
• 1.3 本课题的意义及研究内容12-14
• 1.3.1 研究意义12
• 1.3.2 本课题的研究内容12-14
• 第二章 隔热材料传热的理论基础14-22
• 2.1 隔热材料概述14-15
• 2.1.1 隔热材料定义及分类14
• 2.1.2 隔热整理技术14-15
• 2.2 传热的基本理论15-17
• 2.2.1 传热学经典理论15
• 2.2.2 热传递方式15-17
• 2.3 有限元法17-20
• 2.3.1 有限元法的基本思想17-18
• 2.3.2 有限元法对机织物的适应性18
• 2.3.3 微分方程的等效积分形式18-19
• 2.3.4 瞬态热传递19-20
• 2.4 本章小结20-22
• 第三章 织物几何建模22-36
• 3.1 建模参数测试22-25
• 3.1.1 织物厚度23
• 3.1.2 纱线的宽、高和间距23
• 3.1.3 纤维密度23-24
• 3.1.4 纤维直径24
• 3.1.5 纤维表面积24-25
• 3.1.6 每根纱线所含纤维数25
• 3.2 织物建模技术25-28
• 3.2.1 纱线弯曲路径25
• 3.2.2 纱线截面25-28
• 3.2.3 纱线的性能参数28
• 3.3 单层织物建模28-32
• 3.3.1 织物的织造及参数测量结果28-29
• 3.3.2 建模结果29-32
• 3.4 双层织物模型32-34
• 3.4.1 双层织物建模结果32-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第四章 热传递数值模拟与隔热性能分析36-48
• 4.1 热分析概述36-38
• 4.2 烧蚀实验测试38-39
• 4.3 单层织物数值模拟39-44
• 4.3.1 各织物热性能参数39-40
• 4.3.2 模拟结果40-41
• 4.3.3 实验验证41-43
• 4.3.4 织物隔热性能分析43-44
• 4.4 双层织物数值模拟44-46
• 4.4.1 织物热性能参数44
• 4.4.2 模拟结果44-45
• 4.4.3 实验验证45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第五章 模拟方法的应用48-60
• 5.1 涂层织物厚度对隔热的影响48-54
• 5.1.1 涂层的制备48-49
• 5.1.2 实验基布49-50
• 5.1.3 涂层织物模型50
• 5.1.4 涂层织物传热分析50-53
• 5.1.5 实验验证53-54
• 5.2 输油管道的热传递模拟54-59
• 5.2.1 隔热材料性能参数55-56
• 5.2.2 管道保温层模型56
• 5.2.3 热分析56-57
• 5.2.4 模拟结果分析57-58
• 5.2.5 实验验证58
• 5.2.6 数据分析58-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-68
• 发表论文和参加科研情况68-70
• 致谢70

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本文编号：714319