پديد آورنده :
بهرامي، فاطمه
عنوان :
مدل‌سازي سه‌بعدي حفرات و تخلخل كلي فيلترهاي نانو ليفي بر اساس ساختار سطحي و ارزيابي كارايي آنها در فيلتراسيون
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تكنولوژي نساجي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ده، 90ص.: مصور، جدول ، نمودار
استاد راهنما :
پرهام سلطاني، داريوش سمناني
توصيفگر ها :
فيلتر نانو ليفي , شبيه سازي سه بعدي ساختار , تخلخل , قطر الياف , آرايش يافتگي , نفوذپذيري هوا
استاد داور :
محمد ذره بيني، حسين فشندي
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/03/20
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/03/21
چكيده فارسي :
چکیده رشد سريع صنايع و شهرنشینی به دلیل توسعه اقتصادی باعث به وجود آمدن مشکالت زيستمحیطی فراوان شده است در سالهای اخیر آلودگی هوا و منابع آب به يک خطر جدی برای س الالمت انسالان مبدل ش الده اسالت اين امر منجر به افزايش آگاهی عمومی و وضالع قوانین ال ال ال ال ال سختگیرانه برای کنترل اين آاليندهها شده است حذف يا کاهش اين آاليندهها مستلزم استفاده از محیطهای فیلتری است سازههای نانو لیفی به دلیل سالاختار داخلی بیقاعده منافذ بههمپیوسالته تخلخل باال و سالطح مخصالوص باالی الیاف بهعنوان يکی از مؤثرترين سالاختارها برای کاهش آاليندهها شالالناخته میشالالوند سالالطح مخصالالوص باالی نانو الیاف باعث مقاومت باالی سالالاختار در برابر عبور جريان و بنابراين افزايش افت ف شار فیلتر میگردد که می تواند در ب سیاری از موارد فرايند فیلترا سیون را با م شکل مواجه سازد میزان نفوذپذيری هوا از میان وب نانو لیفی تأثیر مهمی در افت ف شار فیلترا سیون دارد قطر نانو الیاف آرايشيافتگی الیاف ضخامت وب نانو لیفی و تخلخل آن بر روی نفوذپذيری هوا تأثیرگذار است ساختار وب های نانو لیفی تابعی از تنظیمات متعدد تولید مانند ولتاژ اعمالی نرخ تغذيه سرعت جمع کننده و غلظت محلول است در اين تحقیق به منظور بررسی اثر متغیرهای تولید بر نفوذپذيری سازه نانو لیفی ابتدا وبهای نانو لیفی مطابق جدول آزمايشهای تاگوچی و به روش الکتروريسی تولید شدند سپس تصاوير SEM نمونهها تهیه شد توزيع قطر و آرايشيافتگی الیاف با تحلیل تصاوير SEM به دست آمد تخلخل وبهای تولیدشده و ضخامت آنها نیز با استفاده از روشهای آزمايشگاهی اندازهگیری شد تأثیر عوامل تولید بر قطر نانو الیاف و تخلخل سازه مورد بررسی قرار گرفت همچنین تأثیر عوامل تولید بر نفوذپذيری وب های نانو لیفی مورد بررسی قرار گرفت و سعی شد تغییرات نفوذپذيری با توجه به تغییرات ساختاری وبهای نانو لیفی مورد بررسی قرار گیرد در ادامه با استفاده از اطالعات بهدستآمده تصاوير سهبعدی وبهای نانو لیفی در محیط نرمافزار متلب شبیهسازی شد سپس با شبیهسازی عبور جريان هوا معادالت جريان درون ساختار وب نانو لیفی حل شد و نفوذپذيری هوا محاسبه شد نتايج بهدستآمده با نتايج آزمايشگاهی و برخی از شناختهشدهترين مدلهای تجربی و تحلیلی مورد مقايسه قرار گرفتند نتايج نشان دادند که هر چهار عامل غلظت محلول ولتاژ نرخ تغذيه و سرعت جمع کننده بر قطر نانو الیاف و نفوذپذيری وبهای نانو لیفی تأثیرگذار هستند با افزايش غلظت محلول از 21 به 51 میزان نفوذپذيری هوا ابتدا افزايش يافته و با افزايش غلظت از 51 به 81 میزان نفوذپذيری کاهش پیدا میکند با افزايش ولتاژ از 01 کیلوولت به 41 کیلوولت نفوذپذيری هوا کاهش يافته و با افزايش ولتاژ از 41 کیلوولت به 81 کیلوولت نفوذپذيری هوا افزايش میيابد افزايش نرخ تغذيه از 2 0 به 3 0 میلیلیتر بر ساعت افزايش نفوذپذيری هوا را به همراه داشته و با افزايش بیشتر نرخ تغذيه نفوذپذيری هوا کاهش میيابد با افزايش سرعت جمع کننده از 003 به 008 دور بر دقیقه نفوذپذيری هوا کاهش يافته و سپس با افزايش سرعت جمع کننده از 008 به 0011 دور بر دقیقه نفوذپذيری هوا افزايش میيابد نتايج نشان دادند که تخلخل سازه تأثیر بسیار زيادی بر نفوذپذيری آن دارد در قطرهای کم جريان سیال در وب نانو لیفی در رژيم جريان لغزش است هرچه سرعت لغزش باالتر باشد خطوط جريان به سطح الیاف نزديکتر میشود بهعبارتديگر هرچه سرعت لغزش باالتر باشد الیاف تأثیر کمتری بر جريان سیال در سازه الیافی دارند و بنابراين نفوذپذيری وب نانو لیفی بیشتر از سازههای الیافی مشابه که در آنها قطر الیاف در محدوده میکرون است میباشد نتايج نشان دادند که برای وبهای نانو لیفی با قطر الیاف 001 و 0001 نانومتر به ترتیب مدلهای اگارادينکف و توماداکیس و روبرتسون قادر به پیشبینی رفتار سیال در وب نانو لیفی هستند کلمات کلیدی فیلتر نانو لیفی شبیهسازی سهبعدی ساختار تخلخل قطر الیاف آرايشيافتگی نفوذپذيری هوا
چكيده انگليسي :
91AbstractGlobal phenomenal expansion of industries and the inevitable increase in rate ofurbanization due to the economic development has resulted in creation of enormousenvironmental challenges that have to be addressed by highly advanced scientificallybased separation and filtration technologies Recently air and water pollution as theprinciple hazardous issues have raised public awareness at international scale whichin turn has resulted in implementation of tough legislations on controlling pollutants Reduction or elimination of contaminants is involved with use of various types offiltration technologies These vital technologies make use of filter media that areinvariably fibrous Nanofibrous filters due to their irregular internal structure interconnected pores high porosity and enormous available surface area per unitweight are considered to be one the most effective means in general pollution controlincluding air and water The large surface area however can cause strong resistanceagainst uid motion and increase in pressure drop which can be a problem in filtrationprocess Pressure drop is affected by air permeability which in turn is influenced bystructural parameters of nanofibrous web such as porosity thickness and fiber diameterand orientation The structure of nanofibrous web is a function of various processingparameters such as applied voltage feed rate collector speed and solutionconcentration In order to investigate the effect of processing parameters on permeability of structure electrospun nanofibrous webs were produced based on Taguchi method Afterwards the SEM images of webs were obtained Fiber diameter distribution and orientation inwebs were obtained using image analysis technique Moreover porosity and thicknessof webs were measured using experimental techniques The effect of processingparameters on fiber diameter and orientation porosity and air permeability ofstructures was investigated A Matlab based program capable of producing brousstructures with various ber diameters porosities thicknesses and 3D fiberorientations was developed The obtained parameters from SEM images were thenimplemented into the simulation code to generate 3D virtual nanofibrous structures Fluid flow was simulated by numerically solving incompressible creeping Newtonianflow through the 3D pore space of virtual structures and air permeability wascalculated The results were compared with experimental data as well as some of well known analytical and empirical models The results indicated that applied voltage feed rate collector speed and solutionconcentration affect fiber diameter and air permeability of nanofibrous webs It wasfound that increasing solution concentration from 12 to 15 increases airpermeability beyond which it reduces Increase in applied voltage from 10 to 14 decreases air permeability afterward further increase in applied voltage increasesair permeability It was established that increase in feed rate from 0 2 to 0 3 results in increasing air permeability beyond which it reduces The lowest airpermeability was observed when the collector speed was set to 800 rpm The resultsindicated that permeability of web is strongly dependent on porosity of structure Itwas found that at low fiber diameters the fluid flow is in slip flow regime The greaterthe slip velocity the closer the streamlines to the ber surface This means that thegreater the slip velocity the lesser the in uence of the bers on the ow eld Therefore permeability of a nanofibrous webs is greater than that of fibrous webs withmicron fiber diameters The results indicated that permeability of nanofibrous webscontaining fibers of 100 and 1000 can respectively be modeled using analyticalmodels of Ogorodnikov and Tomadakis and Robertson Keyword Nanofibrous filter 3D simulation of structure porosity fiber diameter fiberorientation air permeability
استاد راهنما :
پرهام سلطاني، داريوش سمناني
استاد داور :
محمد ذره بيني، حسين فشندي
