基于CFD的高速数码喷印质量研究

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数码印花利用计算机软件控制喷头直接将墨水喷射到织物上形成图案,具有精度高、低污染、低能耗、短周期的优点,给传统丝网印花带来了巨大冲击。目前的数码印花机都是采用喷头横向往复喷印配合织物纵向步进的方式完成印花,致使数码印花速度较慢,一般仅400m2/h,约为圆网的1/10,削弱了数码印花的市场竞争力。为了提高数码印花速度,出现了一种新的数码印花方式,即沿幅宽方向布满的喷头固定不动持续喷印,织物在喷头下方高速连续通过完成印花。但这种印花方式由于织物的高速运动,在织物和喷头之间形成气流,在喷印时会出现墨滴飘散和木纹状的喷印缺陷,为了解决该问题从而保证印花质量。本文以某型高速数码印花机为研究对象,借助计算流体力学(CFD)软件CFX进行数值仿真,分析喷印缺陷形成机理,提出喷印质量改进方法。论文具体研究工作如下:首先,阐述了论文的研究背景和意义;综述了数码喷墨印花技术的发展现状;概述了CFD技术及其应用;在此基础上提出了本文研究内容。其次,介绍了某型高速数码印花机的结构和工作原理;应用SolidWorks建立了喷印空间的三维模型,并导入ICEMC FD软件进行了网格划分,再导入计算流体力学软件CFX。分别对织物单独运动、喷头单独喷墨以及织物与喷墨的组合运动(工作喷印方式)进行数值模拟,得到了三种情况下喷印空间的流场状态及其形成机理;利用高速摄像技术获得了工作喷印方式下喷印空间内的流场图像,对比结果表明CFD数值模拟的正确性。在此基础上,对多喷嘴同时喷射进行了数值模拟,结果表明可近似利用单点喷射来模拟实际工作情况,减轻了数值模拟难度,为提出喷印质量改进方案奠定了基础。第三,利用CFX对织物在不同速度工况下进行喷印空间流场数值模拟,并进行相应工况下的喷印测试,确定了织物速度、流场旋涡与木纹缺陷的对应关系,即织物速度越大,流场旋涡越小,木纹缺陷越小;根据颗粒动力学理论,计算了不同工况下墨滴沿织物运动方向的位移,当织物速度越大时,墨滴位移越大;并综合两种缺陷,确定了最合理的织物运动速度。为保证在不同工况下都能得到高质量的喷印结果,对样机增设气源装置,根据织物的运行速度来调节气源气流的大小,利用该方法对织物速度为0.5m/s的工况进行理论分析和喷印测试,并建立了织物不同运行速度对应的气源气流的大小。结果表明,在气源的辅助下,喷印质量有明显改善。第四,数码印花工作环境潮湿,需保持机器所用喷头内部元器件干燥才能在工作时输出稳定的电压和激励脉冲波形从而保证高质量的喷印效果,根据流体动力学知识,设计了喷头干燥系统,应用CFX软件分析了管路内的流速和压力,利用流量传感器测量了各分支管路内的流量,结果基本一致,对比干燥系统工作前和工作后的湿度值,表明干燥系统的作用明显。第五,对全文研究内容做出总结,指出了进一步的研究方向。
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