LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Наукові основи визначення властивостей пакетів бар'єрного одягу з урахуванням особливостей експлуатації

багатьох видів дискретних структур, пов'язаних в одне ціле (кластерів):

, (22)

де M(R) – маса, що поміщається в деякий об'єм V із характерним розміром R, а відношення Д/3 дорівнює одиниці тільки для суцільного середовища. В роботі для визначення Д виведена формула, яка зв'язує пористість m та об'єм рідини Vр , що заповнює пористу матрицю:

, (23)

Метод оцінки значення Vр, що використовує експериментальні дані для пакетів бар'єрного одягу, обговорюється в п'ятій главі. Фрактальна розмірність Д, поряд із пористістю m, входить у систему диференціальних рівнянь балансу, записаних у роботі для переносу вологи і вологого повітря в тонких пористих структурах.

Для рішення зазначеної системи потрібна наявність термічного і калоричного рівнянь стану паро-рідинної суміші, а також урахування реальних умов експлуатації бар'єрного одягу. Відомо, що температура поверхневого шару шкіри коливається в невеликому діапазоні у середнього значення порядку T0@310 К. У відсутності одягу і помітної конвекції комфортною для людини є температура приміщення порядку Тв@295 К. В умовах даної стаціонарної різниці температур: DТ=15 К тіло швидко нагріває до деякої проміжної (але близької до Т0@310 К) середньої температури Т01 мікрокліматичний прошарок повітря, що контактує зі шкірою. Повітря є хорошим теплоізолятором і має дуже низьке значення коефіцієнта теплопровідності: lпов@0,023[Вт/мК], тобто має великий термічний опір: 1/lпов=43,48[мсК/Дж]. Теплоізолюючі властивості будь-якого одягу визначаються його спроможністю утримувати нагрітий шкірою прошарок повітря l01, перешкоджаючи його заміні повітряними масами з іншими, ніж DТ01=DТо–DТ1, різницею температур. Іншими словами, тепловий комфорт забезпечується підтримкою значення DТо1 на деякому оптимальному рівні. Сама по собі тканина нижнього шару l1 має більш високу, ніж у повітря (в середньому, на порядок величини), теплопровідність: >@пов. Це сприяє достатньо швидкому вирівнюванню температури до деяких середніх значень у кожному із шарів пакета. За тепловими властивостями, різні тканини можна вважати "напівпровідниками". У той же час їх доволі слабка спроможність проводити тепло (зрозуміло, тут не йде мова про конвекцію) може помітно змінюватися убік збільшення при зволоженні тканини. Це відноситься і до біологічних тканин шкіри людини. Так, суха шкіра має теплопровідність: [Вт/мK]а волога має значення у два – три рази більше, оскільки значення теплопровідності води, наприклад, води.=0,56 [Вт/мК]Перераховані факти дозволяють вважати стаціонарний розподіл температури по товщині пакетів (1,2), у сукупності з допущенням ізотермічності окремих шарів, прийнятим в роботі, цілком реалістичною моделлю переносу тепла через пакети одягу. Це означає, що стаціонарні перепади температури, надалі, передбачаються такими, що існують тільки в повітряних прошарках: l01, l12, l2в.

Відносна вологість j01 мікрокліматичного прошарку повітря l01 визначається (звичайно у відсотках) як відношення парціального тиску парів води Р01 до тиску насиченого водяного пару Рs при даній (середній) температурі Т01. Реально існуючий у цьому прошарку перепад температур: ДТ01 настільки невеликий, що не має істотного впливу на значення Р01 , яке встановлюється в прошарку і, відповідно, на відносну вологість j01 у прошарку. Виходячи з того, що відносна вологість j=4050% вважається оптимальною для здоров'я і комфорту, і використовуючи табличні дані Рs(Т), неважко встановити, наприклад, інтервал необхідного парціального тиску водяного пару: Р01=(2,3 2,9)103Па при середній температурі мікрокліматичного повітряного прошарку: Т01@308 К (350С). Регулюючим чинником тут варто вважати спроможність сукупності всіх шарів пакету одягу відводити зайву вологу з прошарку l01. Основним механізмом транспорту вологи, таким чином, є її фільтрація (просочування) через окремі шари одягу, що обумовлене існуванням перепаду парціального тиску водяного пару між окремими повітряними прошарками, де цей тиск можна вважати практично постійним.

У цілому, викладені вище факти послужили відправною точкою при розробці моделі послідовної зміни форм переносу тепла і вологи, представленій на рис. 3. Вважалося, що прошарки вологого повітря l01, l12 зумовлюють основний внесок у сумарний термічний опір пакету бар'єрного одягу. З іншого боку, шари бар'єрного одягу l1, l2 є головними чинниками, що регулюють вологопровідность пакета. Такий підхід дозволив істотно спростити задачу моделювання і використовувати аналогію рівнянь



Рис.3. Умовна схема типів стаціонарного тепломасообміну у моделі оболонки: I – зовнішній шар шкіри із заданою середньою температурою поверхні Т0; II – трикотажна білизна комплекту бар'єрного одягу з температурою Ti, ізотермічною стискальністю КТ1 [м2/Н], коефіцієнтом дифузії вологи g1 [кг/м3]; III – щільний зовнішній шар пакету бар'єрного одягу із заданою температурою Т2, ізотермічною стискальністю КТ2, коефіцієнтом дифузії вологи g2; Ср01 Ср02 [Дж/(кгК)] – ізобарні теплоємності; l01, l12 [Вт/(мК)] – коефіцієнти теплопровідності прошарків вологого повітря, (jУ, р, ТВ) – задані параметри зовнішнього середовища.


перенесення тепла і вологи (24, 25) із рівнянням електропровідності (26):

, (24)

, (25)

, (26)

де m – хімічний, а jq – електричний потенціали, градієнти яких визначають відповідні види переносу. Згідно цих рівнянь, внутрішня енергія Е і маса М, подібно електричному заряду q, можуть вважатися узагальненими координатами, а градієнти температури і хімічного потенціалу відігравати роль, подібну напруженості електричного поля. Найпростішим результатом аналізованої аналогії можуть вважатися вираження для сумарних опорів –термічного () і масового() при послідовному з'єднанні "провідників" (тобто окремих шарів пакетів) однакової площі поперечного перетину:

(27)

(28)

Зв'язок цих співвідношень із виразами (20,21), що обговорювалися вище, очевидна. Їхнє обмеження складається у недостатньо повному урахуванні впливу всіх чинників на процеси тепломасообміну. У виразах (27, 28) приймаються до уваги тільки геометричні характеристики рівняння (2), а також коефіцієнти тепло– і вологопровідності. Не враховуються такі важливі чинники, як додаткова спроможність прошарків вологого повітря акумулювати теплову енергію і спроможність шарів бар'єрного одягу накопичувати (а не тільки проводити) вологу. У силу даної обставини, стандартний метод теплового балансу при проектуванні пакетів бар'єрного одягу може призводити до серйозних похибок. З метою зняття зазначених обмежень у роботі була використана більш загальна схема,