LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Розробка методу і оцінка теплозахисних властивостей матеріалів для спецодягу

фізико–механічними властивостями. Тому необхідно визначити місця розташування точок (вузлів просторової сітки) по товщині пакета, які мають відповідати таким умовам: перший вузол повинен співпадати з лицевою поверхнею матеріалу (пакета) і початком осі ОХ; наступний вузол має бути розташований на однаковій відстані (крок просторової сітки) від попереднього; останній вузол повинен співпадати з виворітною поверхнею матеріалу (пакета); крок просторової сітки обирають кратним товщині кожного з шарів матеріалів, які входять до складу пакета. Визначення місць розташування вузлів просторової сітки при математичному моделюванні, запропоновано виконувати автоматизованим способом, який полягає в розрахунку найбільшого спільного дільника товщині матеріалів, що входять до складу пакета.

В моделі (рис.1) запропоновано варіант пакета, який вміщує шари з матеріалів, що значно відрізняються за теплофізичними показниками. Тому першим шаром є метал (алюміній), інші шари пакета складають текстильні матеріали.

Математична модель процесу теплопередачі крізь матеріали являє собою систему рівнянь теплопровідності з приєднаними до них умовами однозначності:

, (1)

де – середній коефіцієнт температуропроводності, м2/с; – коефіцієнт теплопровідності i–го вузла шару пакета, Вт/(мК); – масова питома теплоємність i–го вузла шару пакета, Дж/(кгК); – об'ємна густина i–го вузла шару пакета, кг/м3; n– число вузлів просторової сітки.

Кількість рівнянь системи дорівнює числу вузлів . Індекси і означають моменти часу, яким відповідають значення температур в –му вузлі: – температура в момент часу ; – температура в момент часу .

Систему послідовно вирішують для кожного кроку часу. При цьому рішення повторюють стільки разів, скільки кроків у розрахунковому проміжку часу. Систему рівнянь (1) перетворюють у вигляд:

, (2)

де ; ; ; .

З системи (2) визначають коефіцієнти ,,і:

(3)

Тоді коефіцієнти різницевої факторизації дорівнюють:

(4)

Рівняння системи вирішують послідовно, обраховуючи коефіцієнти різницевої факторизації і з , по , .

Температури між шарами матеріалів розраховують в зворотному порядку:

. (5)

Для рішення системи рівнянь за допомогою ЕОМ розроблена програма (рис.2). Згідно з програмою, після її активізації ЕОМ відкриває файли, зчитує попередньо введені дані (блоки –1,2):

f – кількість шарів матеріалів пакета; t; Δt; Tн; матрицю фізичних характеристик (МФХ) матеріалів. Один рядок МФХ характеризує один шар матеріалу (до складу кожного рядка входять: товщина δ(z); коефіцієнт теплопровідності λ(z); масова питома теплоємність с(z); об'ємна густина матеріалів r(z)). Кількість рядків МФХ дорівнює кількості шарів матеріалів. Далі ЕОМ розраховує загальну товщину матеріалу (блок 3); обирає найменшу товщину шару матеріалу (блок 4); виконує пошук найбільшого спільного дільника товщині всіх шарів (блок 5); розраховує мінімальну кількість вузлів (блок 6); присвоює вузлам моделі початкові температури і теплофізичні характеристики (блоки 7,8,9). В основному циклі розрахунку (блок 10,11,12,13) ЕОМ виконує покроковий розрахунок зміни температур залежно від часу дії. Результати розрахунків температур реєструються в файли на диску для подальшого використання (блок 12). Програма дозволяє розрахувати розподіл температур у вузлах пакета залежно від значень вхідних даних.

Обґрунтовані основні критерії оцінки теплозахисних властивостей матеріалів спецодягу: терміни підвищення температури на виворітній поверхні проби до значень 37 і 50С; температура на виворітній поверхні проби через 10с теплової дії; захисний індекс – відношення кількості тепла, що блоковане пробою, до кількості тепла, що діє за термін в 10 с; термін початку руйнування проби; термін кінця руйнування проби. Оцінка за допомогою перелічених критеріїв дозволяє розробити рекомендації щодо застосування матеріалів.

Для математичного моделювання процесу теплопередачі крізь матеріали спецодягу необхідні теплофізичні показники матеріалів. Їх визначення запропоновано виконувати в двох стадіях нагрівання проби: регулярній і стаціонарній. Коефіцієнт теплопровідності і тепловий опір запропоновано визначати в стаціонарній і регулярній стадіях експерименту, а коефіцієнт теплоємності – в регулярній стадії. Початок стаціонарної стадії експерименту встановлюють шляхом порівняння величин теплових потоків крізь допоміжні керамічні пластини, а початок і кінець регулярної стадії – за мінімальною прямолінійною ділянкою залежностей температур від часу теплової дії. Подальші розрахунки теплофізичних характеристик здійснюють за класичними формулами.

У третьому розділі розроблена структура приладу оцінки теплозахисних властивостей матеріалів (ОТЗВМ), вибраний пристрій завдання граничних умов, обґрунтовані засоби вимірювання, розроблена конструкція деталей, вузлів та приладу в цілому, визначений порядок роботи на приладі та порядок обробки результатів випробувань, створено програмне забезпечення для управління приладом.

Прилад ОТЗВМ вміщує тепловий 1 та електровимірювальний 2 блоки. До складу теплового блоку входять пристрої: завдання граничних умов 1.1, закріплення проби 1.2, кріплення перетворювачів температури і датчика руйнування 1.3 (рис.3).

Електровимірювальний блок вміщує: пристрій комутації 2.1; вимірювальний пристрій 2.2; пристрій узгодження з ЕОМ 2.3 та ЕОМ 2.4.

Складові приладу зв'язані між собою. Головною складовою електровимірювального блоку є ЕОМ, за допомогою якої і спеціального програмного забезпечення здійснюють керування всіма складовими приладу.

Пристрої закріплення проби, кріплення датчика руйнування і перетворювачів температури конструктивно об'єднані (рис.4).

Пробу 1 розміщують в отворі кронштейна 2 і закріплюють кільцем 3 за допомогою фіксаторів 4. На притискувальному кільці 3 закріплений датчик руйнування проби 1. Він складається з щупа навантаження 9, важеля щупа навантаження 10, упорної гайки щупа навантаження 11 та мікровимикача 12. Пристрій закріплення перетворювачів температури має чотири перетворювача 7. Теплову дію здійснюють з лицевої поверхні проби.

Автоматичне управління та контроль за роботою приладу здійснюють за допомогою ЕОМ. Пристрій комутації 2.1 здійснює послідовну комутацію перетворювачів температури з вимірювальним пристроєм 2.2. Для вимірювання температур використаний стандартний прилад А565–002–02. Узгодження роботи теплового та електровимірювального блоків з ЕОМ 2.4 виконує пристрій узгодження 2.3.

Керування блоками приладу OТЗВМ, реєстрацію та обробку даних виконують із застосування спеціального програмного забезпечення (ПЗ). До його складу входять: допоміжні, тестові, обробляючі, керуюча програми та програма теплової дії (рис.5).

Ієрархічно–модульний спосіб організації дозволяє змінювати або доповнювати окремі складові ПЗ, зберігаючи інші