LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Розвиток наукових основ створення термозахисного спеціального одягу

випромінює. Вираз (10) дозволяє за відомим законом просторового розподілу температури і коефіцієнтів послаблення у факелі полум'я розрахувати густини падаючих променевих потоків крізь поверхні різноманітної орієнтації. На основі отриманих залежностей розроблено алгоритм та виконано обчислювальний експеримент. В результаті розрахунків визначено раціональний склад пакетів матеріалів та обґрунтовано вибір фізичних моделей для проектування комплектів термозахисного спецодягу.

Четвертий розділ присвячено створенню термозахисного спецодягу на основі розгляду систем "навколишнє середовище - термозахисний спецодяг - людина" з активним способом теплового захисту в зв'язку з неможливістю застосування систем пасивного теплового захисту за температур вище 600С. В основу розробки способів активного теплозахисту покладено положення теорії теплоперенесення. Проте, створення абсолютно адекватних умов переміщення теплових потоків у пакеті матеріалів і в підкостюмному просторі дає змогу розв'язувати задачі розподілу температур, виходячи з прийнятих гіпотез, граничних умов та припущень. Розглянуто системи активного теплозахисту за конвективного, кондуктивного та комбінованого способів теплообміну.

Припустимо теплоізолюючий шар одягу у вигляді плоскої нескінченної пластини товщиною d, виготовленої з матеріалу з наскрізною пористістю, який характеризується постійним коефіцієнтом теплопровідності l. З однієї сторони пластини підтримується температура близька до температури тіла людини ТТ, з протилежної сторони – підвищена температура Т1 (граничні умови першого роду). Задача теплопровідності в цьому випадку стає одномірною, а потік тепла крізь пластину рівним:

,

(12)

де - термічний опір системи.

За умови проходження крізь пластину потоку газу теплоємністю ср та його вихідної температури , де витрати крізь одиничну поверхню становлять , кг/(м2с), розподіл температури у пластині описується диференційним рівнянням:

,

(13)

де .

Розв'язок рівняння (13) має вигляд:

.

(14)

З урахуванням граничних умов:

за х=0


за х=d


з рівняння (14) випливає:

; .


Тепер рівняння (14) має такий вигляд:

.

(15)

Кількість теплоти, що проникає з повітрям крізь пластину до тіла людини, можна розрахувати за рівнянням:

,

(16)

де - термічний опір активного теплового захисту пластини.

Співставлення цього виразу з виразом, яким описується звичайна теплопровідність пластини, дає змогу оцінити ефективність запропонованого способу теплового захисту. Так, термічний опір пластини в останньому випадку збільшується в n разів:

.

(17)

Величину можна назвати коефіцієнтом ефективності активного теплового захисту.

Для умов кондуктивного теплознімання запропоновано проектно-технологічні рішення та виконано розрахунки ТЗСО відповідно до обраних температурних діапазонів середовища: охолоджувальний жилет з капюшоном і охолоджувальні комбінезони з різноманітними топографією та кількістю охолоджувальних елементів. У комплектах захисного спецодягу для температур понад 1000С необхідно забезпечити теплознімання з кистей рук і стоп ніг, для чого запропоновано систему з маятниковим рухом води. В усіх схемах передбачено обов'язкове охолодження голови.

В результаті проведеного дослідження режимів руху води визначено залежності її витрати qv, м3/с, від гідравлічних параметрів:

,

(18)

де – внутрішній діаметр трубки, м; – п'єзометричний напір, м; НТ – гідравлічний опір трубки, м; – прискорення вільного падіння, м/с2.

Гідравлічний опір трубки складається із втрат напору на тертя по довжині і місцевих опорів:

,

(19)

де – коефіцієнт опору по довжині трубки; – швидкість руху води, м/с; – довжина трубки, м; kс– сумарний коефіцієнт місцевих опорів.

Максимальна швидкість руху води у трубці в момент торкання ноги з ґрунтом дорівнює:

,

(20)

де t1 – тривалість руху води у системі, с; – тривалість руху води по трубці протягом одного кроку рятувальника, с.

Кількість води, яка надійшла з охолоджувального елемента в устілки, кг:

,

(21)

де r1 – густина води, кг/м3.

Спочатку вода рухається в ламінарному режимі, а з досягненням критичної швидкості за числа Рейнольдса Reкр

,


ії рух переходить у турбулентний. При цьому критична швидкість визначається за формулою

,


де – коефіцієнт кінематичної в'язкості, м2/с.

Для визначення коефіцієнтів опору за ламінарного и турбулентного руху води відповідно скористаємося залежностями:

; .

(22)

Тоді вираз для визначення швидкості води набуває вигляду:

.

(23)

Отримані рівняння для розрахунку параметрів систем охолодження кінцівок рук та ніг стали основою для розрахунку тривалості захисної дії відповідно до умови адекватності основної складової спецодягу.

В основі розрахунків принципу рідинного теплознімання лежить використання в ролі холодоагенту льоду, а в ролі холодоносія - рідини від танення льоду. На основі розв'язків рівнянь теплового балансу за умов рідинного теплознімання встановлено залежності витрати холодоносія m, кг/с на вході і виході з охолоджувальної системи для різних значень теплових потоків Q , Вт, які потрібно відвести. Визначено, що для значень 200

На основі розроблених фізичних моделей і розв'язку рівнянь теплопроводності за різних способів захисту і теплознімання створено математичну модель нестаціонарних процесів теплоперенесення в системі "навколишнє середовище – ТЗСО - людина" з активним теплозахистом. Оскільки матеріал костюма являє собою багатошаровий пакет з різноманітних тканин (рис. 3), рівняння теплопровідності представимо у вигляді:

,

(24)

де і – номер шару в пакеті.

Усередині пакета між шарами тканини є повітряні прошарки, на межах яких потоки тепла рівні між собою і підпорядковуються закону Ньютона:

,

(25)

де індекс "П" вказує на праву границю і–го шару, а індекс "Л" – на ліву границю (і+1)–го шару в пакеті.

Розв'язок рівняння (25) із