針刺土工織物垂直滲透率理論研究.pdf

1、針刺土工布是經(jīng)過(guò)機(jī)械梳理或者氣流形成纖維薄網(wǎng)，再經(jīng)過(guò)雜亂或定向鋪置，最后用針刺機(jī)刺針纏結(jié)的方法加固成的紡織品，因此在建立針刺土工布的滲透率模型時(shí)不僅需要考慮分布于織物平面方向的纖維，還要考慮被針刺纏結(jié)而在垂直織物平面方向上分布的纖維。本文建立了三種模型預(yù)測(cè)針刺土工布滲透率，分別是：基于分形理論的滲透率模型、基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論的滲透率模型和基于阻力理論的滲透率模型，實(shí)測(cè)了不同規(guī)格針刺土工布的滲透率，并將各模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值及現(xiàn)有模型預(yù)測(cè)值

2、進(jìn)行對(duì)比，分析各模型產(chǎn)生誤差的原因和適用條件。
　　 基于分形理論的滲透率模型利用圖像處理技術(shù)獲得織物表面的有效孔隙率、彎曲分形維數(shù)、表面分形維數(shù)，再根據(jù)毛細(xì)管流體理論推導(dǎo)出滲透率公式。該模型在試樣厚度較低時(shí)的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值較接近，但因?yàn)榉中卫碚撝荒軐?duì)織物表面的孔隙分布情況進(jìn)行分析，而且由于圖像處理中諸如景深、分辨率、二值化等技術(shù)上的局限也使該模型產(chǎn)生誤差，因此該模型適用于低厚度的針刺土工布滲透率預(yù)測(cè)。
　　 基于隨機(jī)網(wǎng)

3、絡(luò)理論的滲透率模型假設(shè)表層的纖維網(wǎng)交錯(cuò)形成的孔隙分布符合Poisson Polyhedron概率分布，并且織物內(nèi)的孔隙為平行排列的不同直徑曲折毛細(xì)管道。本文將分形理論中的彎曲分形維數(shù)應(yīng)用到隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論中，將織物看成整體，同時(shí)用圖像處理技術(shù)直接得出織物表面的參數(shù)，而不是將織物假設(shè)成層層纖維網(wǎng)疊加而成的結(jié)構(gòu)，因此改進(jìn)后的模型優(yōu)于單純使用孔隙概率分布函數(shù)的模型。用該模型預(yù)測(cè)的針刺土工布滲透率值在低厚度時(shí)與實(shí)驗(yàn)值符合較好，但是因?yàn)樵撃Ｐ椭豢紤]織

4、物表面的孔隙分布，忽略了針刺土工布深層的孔隙分布變化，因此當(dāng)織物厚度大時(shí)會(huì)使誤差變大。所以該模型適合薄層的針刺土工布。
　　 基于阻力理論的滲透率模型以N.Mao and S.J.Russell的模型為基礎(chǔ)加以改進(jìn)，模型中假設(shè)單位體積內(nèi)的纖維在織物平面上呈各向同性分布，在垂直織物平面方向上圍繞針孔呈開(kāi)啟式堆砌排列。模型預(yù)測(cè)值比實(shí)驗(yàn)值略高，原因在于水流在Z向的纖維受到的阻力小于平行分布于織物表面的纖維所受阻力，模型假設(shè)纖維的分布不

5、是平行于織物表面就是垂直于織物表面排列，而在實(shí)際情況中纖維并不是完全垂直織物平面，因此水流在實(shí)際情況中所受的阻力大于模型假設(shè)的情況所受阻力。但是基于阻力理論的模型在厚度大時(shí)實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值符合得較好，因此該模型適合于預(yù)測(cè)厚度大的針刺土工布滲透率。
　　 本課題的創(chuàng)新之處在于：1、在建立基于分形理論的滲透率模型時(shí)，優(yōu)化了圖像處理程序，使程序能自動(dòng)判斷選取二值化閾值；2、建立基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論的滲透率模型時(shí)，將應(yīng)用Poisson Pol

6、yhedron概率分布而建立的織物孔隙結(jié)構(gòu)與用圖像處理技術(shù)直接獲得的織物表面孔隙形態(tài)結(jié)合起來(lái)，利用更多的織物信息，從而使模型更接近實(shí)際情況；3、在建立基于阻力理論的滲透率模型時(shí)，構(gòu)建出針刺非織物垂直于織物平面分布的纖維的排列方式，為利用阻力理論研究針刺非織物滲透率提供了一個(gè)較合理的模型。
　　 本文為預(yù)測(cè)針刺土工布的滲透率提供了許多實(shí)用的模型，使土工織物在應(yīng)用于排水過(guò)濾系統(tǒng)中免去復(fù)雜耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，能快速、便捷、準(zhǔn)確、有效地預(yù)