LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Розвиток наукових основ створення термозахисного спеціального одягу

граничними умовами може бути отриманий лише чисельними методами. Представимо його в кінцевих різницях:

,

(26)

де Dхі – перемінний крок по просторовій координаті, м; Dt - крок по часу, с.

Тоді температуру усередині кожного шару можна визначати на черговому кроці по часу через уже відомі значення температури пакета

,

(27)

де - параметр скінчено –різницевого рівняння (26), що є аналогом диференційного рівняння (25).

Доведено, що для усталеності і збіжності рівняння (27) до точного рішення необхідно і достатньо прийняти параметр рі 0,5. Так, за умови рі рmax= 1/3 збіжність і усталеність будуть забезпечені. Можна прийняти , де dі – товщина і–го шару в пакеті, м. Тоді параметр , а його максимальне значення , звідки визначається крок по часу:

.

(28)

Подаючи співвідношення (25) у кінцевих різницях, одержимо формулу для розрахунку температури на правій границі кожного шару, за винятком внутрішньої поверхні пакета, та на лівій внутрішній границі кожного шару

,

(29)

,

(30)

де - число Біо для лівих внутрішніх поверхонь шарів, а - число Біо для правих границь внутрішніх поверхонь шарів.

Температура Т у підкостюмному просторі є невідомою величиною і може бути знайдена з рівняння балансу теплових потоків, які надходять від системи охолодження, від навколишнього середовища крізь теплозахисний костюм і від тіла людини:

,

(31)

де Тх – температура холодоагенту, К; ТТ – температура тіла людини, К; – коефіцієнт теплообміну між холодоагентом і повітрям у підкостюмному просторі, Вт/(м2К); – коефіцієнт теплообміну між повітрям у підкостюмному просторі та внутрішньою поверхнею пакета одягу і шкірою людини, Вт/(м2К).

Рівняння балансу (31) свідчить, що тепло , яке надходить крізь костюм і від тіла людини, відводиться з підкостюмного простору завдяки організації системи охолодження.

Використовуючи співвідношення (30) та (31), можна знайти формули для визначення температури на внутрішній поверхні пакета:

,

(32)

і температури усередині підкостюмного простору:

,

(33)

Під час вибору коефіцієнта конвективного теплообміну в підкостюмному просторі необхідно виходити із загальної кількості енергії N (Вт) з урахуванням метаболізму людини для певного способу тепловідведення і виду холодоагенту, що застосовується (лід, охолоджена до визначеної температури газоповітряна суміш та інше). Коефіцієнт теплообміну можна визначити, виходячи з рівняння:

.

(34)

Знайшовши початкове і граничне значення температури Тн та Т у підкостюмному просторі, можна визначити потужність N (Вт) системи охолодження за умов її часткового і повного навантаження відповідно:

, .

(35)

Для оптимізації розрахунків потужності системи охолодження та створення комфортних умов у підкостюмному просторі розроблено алгоритм і програму розрахунку параметрів нагрівання термозахисного костюма. Розраховували температури на поверхнях шарів та в шарах пакетів одягу, а також у підкостюмному просторі та визначали тривалість захисної дії комплектів ТЗСО з урахуванням складності праці людей в умовах високотемпературного середовища.

У п'ятому розділі описано методи та вимірювальну апаратуру для експериментальних досліджень термозахисних властивостей одягу з пошаровою реєстрацією температур, що є найбільш ефективним для визначення показників та прогнозування поведінки комплектів спецодягу. Проте, наявна апаратура не придатна для вимірювання температури як у шарах пакетів, так і в підкостюмному просторі. Тому в рамках цієї роботи розроблені спеціальні прилади та методи вимірювання температури одягу, в якому застосовуються пасивний і активний способи захисту тіла людини.

Розроблено оригінальний прилад та метод вимірювання теплофізичних характеристик пакетів. Встановлено, що найкращими показниками характеризуються пакети, до складу яких входять текстильні матеріали з метаарамідних та метаарімідних волокон з термічним опором R=0,46-0,63 (м2К)/Вт, товщиною d=0,012-0,014 м, коефіцієнтом температуропроводності а=(3,50-4,07)10-7 м2/с. Це дало змогу оцінити теплову стійкість пакетів під впливом високотемпературного середовища для визначення температурних діапазонів використання та тривалості безпечної роботи (табл.2). Під час дослідження товстих матеріалів чи багатошарових пакетів для отримання нульової різниці фаз, тобто для встановлення довжини температурної хвилі, рівної товщині матеріалу, необхідно знижувати частоту температурних коливань до одиниць Герца, що зменшує точність фазових вимірювань. В разі збільшення частоти важко виключити неоднозначність результатів фазових вимірювань, якщо різниця фаз перевищує 2p (360), а точність вимірювання коефіцієнта температуропровідності залишається низькою.

Для підвищення точності вимірювання показників в умовах нестаціонарної теплопровідності розроблено фазовий спосіб для визначення коефіцієнта температуропровідності матеріалів і пакетів з розміщенням на сторонах матеріалів малоінерційних нагрівачів та теплоприймачів.

Функціональну схему реалізації способу наведено на рис. 7. За відсутності змінної складової теплообміну з навколишнім середовищем розподіл амплітуди та фази змінної складової температури Qз уздовж осі координати x, що направлена перпендикулярно до площини поверхні пакета, описується виразом


(36)


де Q0 - амплітуда змінної складової температури на поверхні, що нагрівається (= 0) ; w - кутова частота електромагнітних коливань генератора 1; a - коефіцієнт температуропровідності пакета 15.

Фазовий зсув температурної хвилі в місці приймання термоприймачем можна подати як


(37)


де t1 та t2 - теплові сталі часу відповідно нагрівача та термоприймача; m - ціла кількість довжин хвиль, які вкладаються у товщину матеріалу; p - дрібна частина довжини останньої хвилі, якщо d mL.

Таблиця 2

Результати дослідження пакетів для визначення температурних діапазонів використання та тривалості безпечної роботи у ТЗСО

Порядковий номер пакету та відповідної кривої (рис.5.3)

Кодовий номер пакету (табл.1)

Код пакету

Товщина пакету, δ, х 10-3, м

Термічний опір,R, (м2К)/Вм

Спосіб захисту та фізична модель

Коефіцієнт температуропроводності

a, х 10-7, м2/с

Температурний діапазон використання ТЗСО згідно рис.2.2

Час безпечної роботи, с, при температурі повітря в камері,

К