| 초록 |
섬유산업은 현재 국내의 주요 산업들 중에서 고에너지 소비산업에 속한다. 미국의 경우, 섬유 습식 가공법에 소비되는 에너지는 전체 섬유 공정의 60% 정도를 차지하고 있고,이 섬유 습식 공정에서 사용되는 에너지의 90% 정도가 건조 공정에서 소비된다고 한다[1].따라서 이 건조 공정에 소비되는 에너지를 정확히 예측할 수 있다면 그만큼 불필요한 량의에너지를 줄일 수 있게 된다. 그러나, 현재 국내의 상황을 살펴보면 대부분의 공정이 경험적으로 행해지기 때문에 정확한 에너지 소비예측이 불가능하고 실제 필요한 양보다 더 많은양의 에너지가 소비되고 있다고 볼 수 있다. 본 연구의 목적은 섬유 습식 공정에 사용되는 텐터 프레임 건조 공정에서 섬유가 텐터기를 통과하는 동안의 섬유의 온도와 수분함량의 변화를 예측함으로써 에너지 소비량을 정확하게 예측하고 불필요하게 소모되는 에너지의 량을 줄이며, 수학적 모델에 포함된 매개변수연구를 통하여 최적 조업 조건을 제시하는데 있다. 이와 관련하여 지금까지 몇 가지의 수학적 모델이 발표되었다. Beard[2]에 의해서 제시된모델은 건조될 직물을 크게 건조층과 습윤층으로 나누고, 더운 공기에서 건조층으로, 건조층에서 습윤층으로 열이 전달되고, 습윤층의 수분은 건조층으로 이동하고, 다시 공기 중으로증발한다고 가정하였다. Chen[3]은 건조의 대상이 되는 물질에 포함된 수분을 크게 자유수(free water)와 결합수(bound water)로 나누고, 기공 속에 포함된 수분을 자유수라 하고 미세관에 포함되어서 공기로 대치하기 힘든 수분을 결합수라 하였다. 자유수가 존재하는 층을 습윤층(wet region)이라고 하고, 자유수가 모두 빠져나가고 결합수만 존재하는 층을 수착층(sorption region)으로 나누고, 건조가 진행되면서 습윤층과 수착층의 경계가 안쪽으로 이동하는 moving boundary를 사용하였다. 본 연구에서는 섬유를 크게 습윤층과 건조층으로 나누었다. 이 모델이 Beard의 모델과 다른 점은 Beard의 모델은 처음부터 밖을 건조층으로 가정하여 수분이 존재하는 층은 안쪽의습윤층이라는 가정을 사용하였다. 그러나, 본 연구에서는 Chen의 moving boundary 개념을사용하여, 처음에는 섬유전체가 습윤층이다가 건조가 진행됨에 따라 바깥쪽에 형성되는 수착층을 건조층이라고 가정하였다. 이 가정은 섬유 건조는 일반적인 곡물이나 목재의 건조와는 달리 결합수의 양이 아주 작고 또 실제로 결합수까지 완벽하게 건조할 필요가 없기 때문에 사용된 것이다. 본 연구에서는 위에서 제안된 모델을 바탕으로 여러 가지 조업조건이 변하는 경우에 있어서 섬유의 온도 분포와 수분함량의 변화를 살펴보았다.
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