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텐터기 노즐 분사각의 최적설계를 위한 수치해석적 연구
A Numerical Study for Design Optimization of Nozzle Injection Angle in Tenter Machine 원문보기

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing, v.25 no.2, 2013년, pp.134 - 139  

전두환 (영남대학교 융합섬유공학과) ,  박시우 (한국섬유기계연구원) ,  김정한 (영남대학교 융합섬유공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A tenter is very important to dry and heat-set fabrics in textile dyeing and finishing industry. However, the tenter machine typically utilizes more than 80% of all the power in dyeing system, and yet is one of the primary machine which affects quality of fabrics. Therefore, performance optimization...

주제어

#tenter   #optimization   #computational fluid dynamics   #flow rate uniformity   #heat flux efficiency  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 텐터기 유동을 최적화하여 에너지 소비를 저감하기 위하여, 텐터기 노즐부 형상 노즐 덕트의 유동에 대한 해석을 수행하고 분출유동 및 내부 유동을 최적화 할 수 있도록 노즐부 형상을 개선하였다. 텐터기 노즐의 분사류는 노즐 덕트의 유동 진행방향에 따른 관성의 영향으로 수직으로 분사되지 못하고 일정각을 가지고 분사하고 있음을 확인하였으며, 분사각에 영향을 미치는 주요 설계인자는 노즐 구멍의 각도임을 확인하였다.
  • 본 연구를 통하여 수치해석을 활용한 최적화 설계로써 에너지 다소비 설비인 텐터기 노즐의 유동 균일도를 향상시키고 유동 효율을 최적화 함으로써 에너지 소비를 감소시키고 가공 원단의 품질을 향상시킬 수 있는 구조를 연구하고자 한다.
  • 엠보형 노즐은 엠보홀 각도에 따라 분출되는 유동의 각에 큰 영향을 받는다. 본 연구에서는 엠보 홀 각도를 조정하여 해석을 수행하여 각 노즐에서 발생되는 유동의 각도와 노즐 덕트 위치에 따른 분출각의 변화를 분석 모든 노즐 위치에서 유동각이 수직에 가깝게 형성되면서 유량 강도 및 각도의 편차가 최소화 될 수 있는 최적의 엠보 각도를 찾는 것을 목표로 연구를 수행하였다.

가설 설정

  • 노즐 덕트와 노즐 구멍의 형상에 따라 분사류의 각도 및 강도가 결정되며, 이상적인 분사류의 각도 및 강도는 노즐덕트의 입구로부터 끝단까지 모든 노즐에서의 강도 및 분사각도가 일정할 때라고 가정한다. 그러한 조건에서 원단에 가해지는 힘의 강도가 증가하고 원단 전체에 균일한 힘이 가해지기 때문에 원단의 가공 효율 및 품질이 향상된다.
  • 본 연구에서는 Boussinesq 가정에 의하여 레이놀즈 응력을 선형함수로 가정하여, 난류운동에너지 #를 정의하고, 가장 잘 알려진 난류 모델인 표준 k-ε모델을 사용하여 난류를 해석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
텐터의 성능을 결정하는 요인은 무엇인가? 텐터의 성능을 결정하는 요인은 여러 가지가 있으나, 섬유의 종류 또는 가공 공정의 목적에 따라 적절한 건조속도 및 효율성2), 원단의 전 폭에 걸친 건조 균일도3), 습윤 공기의 자동 배출, 원단의 장력 및 오버피드, 그리고 각종 자동화 제어 장치의 활용 등으로 구분되어 질 수 있다2,3,6-8).
텐터란 무엇인가? 일반적으로 텐터는 염색 제품의 제조시 건조 수, 지가공 또는 폭출(Setting) 작업에 활용되어 염색 제품의 품질에 큰 영향을 주는 장치로 24시간 풀가동이 되는 에너지 다소비 설비이다1,3).
텐터기 노즐부 형상 노즐 덕트의 유동을 해석한 결과는 어떠한가? 본 연구는 텐터기 유동을 최적화하여 에너지 소비를 저감하기 위하여, 텐터기 노즐부 형상 노즐 덕트의 유동에 대한 해석을 수행하고 분출유동 및 내부 유동을 최적화 할 수 있도록 노즐부 형상을 개선하였다. 텐터기 노즐의 분사류는 노즐 덕트의 유동 진행방향에 따른 관성의 영향으로 수직으로 분사되지 못하고 일정각을 가지고 분사하고 있음을 확인하였으며, 분사각에 영향을 미치는 주요 설계인자는 노즐 구멍의 각도임을 확인하였다. 노즐 분사류의 수직 분사를 위한 최적의 엠보 각도는 약 15도이다.
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참고문헌 (10)

  1. W. F. Beckwith and J. N. Beard, A Scheme to Assist in the Evaluation of Tenter Frame Dryer Performance, J. of Manufacturing Science and Engineering, 101(1), 80(1979). 

  2. D. W. Lyons and C. T. Vollers, The Drying of Fibrous Materials, Textile Research J., 41, 661(1971). 

    상세보기 crossref

  3. J. N. Beard, More Efficient Tenter Frame Operations Through Mathematical Modeling, Textile Chemist and Colorist, 8(3), 47(1976). 

  4. S. I. Park and D. H. Baik, Heat and Mass Transfer Analysis of Fabric in the Tenter Frame, Textile Research J., 67(5), 311(1997). 

  5. A. H. Nissan and D. Hansen, Heat and Mass Ttransfer Transients in Cylinder Drying: Part I. Unfelted Cyclinders, American Institute of Chemical Engineers, 6(4), 611(1960). 

    상세보기 crossref

  6. A. C. Dreshfield and S. T. Han, The Drying of Paper, TAPPI, 39, 449(1956). 

  7. H. V. Linden, J. Wassink and C. Theusink, Andwendung der Schallstromung von Gasen und Dampfen in der Textilveredlung, Melliand Textilberichte, 57, 53(1976). 

  8. R. S. Gregorian and C. G. Namboodri, Comparison of Chemical and Physical Properties of Conventionally and Foam Finished Fabrics, Textile Chemist and Colorist, 16(12), 213(1984). 

  9. M. Juraeva, D. J. Song and D. H. Chun, A Design Study of an Air-twist Nozzle by Analysis of Fluid Flow, Textile Research J., 80(15), 1616(2010). 

    상세보기 crossref

  10. ANSYS Workbench, CFX-Pre, CFX-Solver, CFX-Post, Version 2005 User's Manual. 

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