热喷涂玻璃纤维生产线优化设计及性能研究【附数据】

热喷涂玻璃纤维生产线优化设计及性能研究【附数据】

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/checkpaper/article/details/144262021

火焰喷吹法是生产玻璃纤维的一种重要工艺，通过高速高温气流对玻璃纤维进行牵伸，能够生产出纤维直径达到微纳米级的玻璃纤维棉。然而，国内火焰喷吹法生产设备相对简单，自动化程度低，且燃气能耗较高。本文以焦化气火焰喷吹玻璃纤维棉毡生产线优化设计为目的，对气流以及纤维粒子在火焰喷吹生产线中的运动进行了数值模拟与实验验证。

研究背景与目的

玻璃纤维棉毡因其卓越的化学耐性和耐久性，在多个领域内具有广泛的应用。火焰喷吹法作为生产玻璃纤维的一种工艺，通过高速高温气流对玻璃纤维进行牵伸，能够生产出纤维直径达到微纳米级的玻璃纤维棉。然而，国内火焰喷吹法生产设备相对简单，自动化程度低，且燃气能耗较高。为了降低成本和满足环保需求，许多企业开始寻找替代能源，焦化气作为一种替代燃气，其燃值低，产生的烟气质量流量大，烟气内能高，燃烧产生的火口射流内能大且速度快，是造成生产线内气流高温高速的根本原因。

这种高温高速的气流环境对生产线的正常运作产生了影响，导致无法顺利生产。因此，本研究以焦化气火焰喷吹玻璃纤维棉毡生产线优化设计为目的，对气流以及纤维粒子在火焰喷吹生产线中的运动进行了数值模拟与实验验证。利用纤维细长体理论，优化了模拟计算中离散相模型对纤维运动轨迹的计算，模拟计算得到了生产线内气流运动和粒子运动的规律，包括气流速度和温度分布，粒子运动轨迹以及粒子质量浓度分布。

生产线内气流与纤维运动的数值模拟与实验验证

在模型实验中，通过改变模型尺寸对生产线进行单因素实验，探究生产线上各因素变化对气流和粒子运动的影响，并建立气流和纤维运动与生产线的约束关系和设计准则。通过气流和纤维运动与生产线的约束关系，设计适合焦化气生产的生产线方案进行建造并生产验证。结果表明，优化设计后的火焰喷吹生产线生产的玻璃纤维棉毡产品克重分布标准差从10.68下降至0.94，棉毡产品克光强度标准差从32.97下降至25.75，胶黏剂含量分布标准差从6.06下降至0.60，棉毡强力从6 N提升至11 N，有效解决了火焰喷吹生产线的生产问题。这些改进显著提高了产品的均匀性和强度，同时也降低了生产过程中的能耗和成本。

火焰喷吹法生产的玻璃纤维棉毡性能研究

最后，对火焰喷吹法生产的玻璃纤维棉毡性能进行探究，着重研究了其在空气过滤方面的应用。分析玻璃纤维棉毡中纤维堆积结构对容尘量的影响，纤维直径分布对过滤性能影响。通过综合能效比参数，综合分析评价空气过滤器在HVAC系统上的过滤表现。研究表明，优化后的玻璃纤维棉毡在空气过滤方面具有更好的性能，能够更有效地捕捉空气中的颗粒物，提高空气过滤效率。

MOPSO算法核心代码

以下是MOPSO算法的核心代码片段：

% 初始化粒子群
POS = repmat((var_max-var_min)',Np,1).*rand(Np,nVar) + repmat(var_min',Np,1);
VEL = zeros(Np,nVar);
POS_fit = fun(POS); % 评估粒子群
% 非支配排序和拥挤度计算
DOMINATED = checkDomination(POS_fit);
REP.pos = POS(~DOMINATED,:); % 非支配粒子
REP.pos_fit = POS_fit(~DOMINATED,:); % 非支配粒子适应度
% 更新网格
REP = updateGrid(REP,ngrid);
% 设置最大速度限制
maxvel = (var_max-var_min).*maxvel./100;
% 主循环
while ~stopCondition
    % 选择领导粒子
    h = selectLeader(REP);
    
    % 更新速度和位置
    VEL = W.*VEL + C1*rand(Np,nVar).*(PBEST-POS) ...
                 + C2*rand(Np,nVar).*(repmat(REP.pos(h,:),Np,1)-POS);
    POS = POS + VEL;
    
    % 执行变异操作
    POS = mutation(POS,gen,maxgen,Np,var_max,var_min,nVar,u_mut);
    
    % 检查边界
    [POS,VEL] = checkBoundaries(POS,VEL,maxvel,var_max,var_min);
    
    % 评估粒子群
    POS_fit = fun(POS);
    
    % 更新存储库
    REP = updateRepository(REP,POS,POS_fit,ngrid);
    if(size(REP.pos,1)>Nr)
        REP = deleteFromRepository(REP,size(REP.pos,1)-Nr,ngrid);
    end
    
    % 更新每个粒子迄今为止找到的最佳位置
    pos_best = dominates(POS_fit, PBEST_fit);
    best_pos = ~dominates(PBEST_fit, POS_fit);
    best_pos(rand(Np,1)>=0.5) = 0;
    if(sum(pos_best)>1)
        PBEST_fit(pos_best,:) = POS_fit(pos_best,:);
        PBEST(pos_best,:) = POS(pos_best,:);
    end
    if(sum(best_pos)>1)
        PBEST_fit(best_pos,:) = POS_fit(best_pos,:);
        PBEST(best_pos,:) = POS(best_pos,:);
    end
    
    % 更新代数和检查终止条件
    gen = gen + 1;
    if(gen>maxgen), stopCondition = true; end
end