LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Розробка спеціального термозахисного одягу для ведення аварійно-рятувальних робіт

пакетів матеріалів до дії високотемпературного середовища не адекватно моделюють реальні умови впливу високотемпературних факторів, не дозволяють досліджувати пакети значної товщини, не в повній мірі розкривають характер процесів, що відбуваються в пакеті матеріалів, і, як наслідок, не забезпечують об`єктивну оцінку результатів отриманих при лабораторних і виробничих випробуваннях.

За викладеними в розділі результатами аналітичного огляду визначено мету, об'єкт, предмет і задачі дослідження, що у подальшому забезпечило розробку спеціального термозахисного одягу для ведення аварійно-рятувальних робіт.

Другий розділ присвячено теоретичному обґрунтуванню розробки різновидів спеціального термозахисного одягу.

Відсутність повної інформації щодо різновидів відкритих фонтанів на нафтогазових родовищах стала причиною запропонованої їх структуризації на основі літературних джерел (рис. 1), що дало змогу визначити та систематизувати номенклатуру небезпечних та шкідливих факторів при ліквідації фонтанів, що горять (рис.2).


Рис. 1. Класифікація відкритих фонтанів при аваріях

на нафтогазових родовищах

При цьому найбільшу небезпеку становлять високі температури повітря робочої зони (400С - 2000С), рухливість повітря (до 6 м/с з поривами до 12 м/с) та теплове випромінювання (до 5 кВт/м2), контакт з нагрітими предметами, тощо.

В основу розроблення фізичної моделі нестаціонарного процесу радіаційно - конвективного теплообміну в системі "людина – одяг – оточуюче середовище" покладено відомі методи.

На рис. 3 запропоновано схему пасивного теплозахисту, для якої прийнято ряд припущень: повітряне середовище та пакет матеріалів розбиваються на ряд правильних фізичних та геометричних елементарних об'ємів, термічні опори кожного з них вважаємо визначеними в центральній вузловій точці; пакет матеріалів вважається умовно сухим; підодяговий повітряний прошарок між тілом і пакетом одягу є сталою величиною по всій площі.


Рис. 2. Номенклатура небезпечних та шкідливих факторів

при ліквідації фонтану, що горить

При проектуванні термозахисного спеціального одягу головною вимогою є збільшення тривалості захисної дії.


Рис. 3. Фізична модель нестаціонарного процесу теплообміну

Зона І – фонтан, який горить (осередок пожежі);

зона ІІ – відстань між фонтаном та пакетом спецодягу, Lд, м;

зона ІІІ – пакет спецодягу товщиною Lп, м;

зона ІV – повітряний прошарок підодягового простору товщиною *к, м;

зона V – тіло людини;

И-И – зовнішня поверхня фонтану;

Z-Z – зовнішня поверхня пакету спецодягу;

І-І – внутрішня поверхня пакету спецодягу;

К-К – поверхня тіла людини;

Qи, Qz, Qі, Qк – щільність теплового потоку з поверхні фонтану, з зовнішньої та внутрішньої поверхні пакету, з поверхні тіла людини відповідно, Вт/м2;

Ти, Тz, Ті, Тк – температура поверхні фонтану, зовнішньої та внутрішньої поверхні пакету, поверхні тіла людини відповідно, 0С;

eи, ez, eі, eк – коефіцієнт ступеню чорноти поверхні фонтану, зовнішньої та внутрішньої поверхні пакету, поверхні тіла людини відповідно;

Dlд, Dlп – величини ділянок розбивки повітряного шару оточуючого середовища та пакету одягу відповідно, м;

1....m – номер вузлової точки.

Температура випромінювання при заданому тепловому потоці:

, (1)

де Ти, Тz – температура поверхні фонтану та зовнішньої сторони пакету відповідно, 0С;

Qи – щільність теплового потоку з поверхні фонтану, Вт/м2.

Зведений коефіцієнт чорноти визначається згідно формули:

, (2)

де eи, ez – коефіцієнти ступеню чорноти поверхонь випромінювання фонтану та зовнішньої сторони пакету відповідно;

Знаючи Ти температуру для внутрішньої вузлової точки 2, отримаємо:

. (3)

Рівняння теплового балансу у кінцевих різницях для 11-ої вузлової точки:

, (4)

Після перетворень та введення критерію Фур'є для 12-ої вузлової точки пакету матеріалів формула:

, (5)

а для внутрішньої поверхні пакету матеріалів:

. (6)

Середньозважена температура поверхні шкіри людини:

. (7)

де aр.к, aк.к - коефіцієнти радіаційної та конвективної тепловіддачі від внутрішньої поверхні пакету до поверхні шкіри людини, Вт/(м2К).

Доведено, що здійснення підбору матеріалів із попередньо визначеними теплофізичними і оптичними характеристиками матеріалів пакету спецодягу для конкретних умов експлуатації є можливим вже на етапі проектування.

За участю автора розроблено термоелектричний пристрій та метод проведення досліджень, що забезпечує вимірювання температури в повітряних прошарках пакетів матеріалів. На рис. 4 наведено графік залежності температури робочого спаю термопари у часі від струму спаю різної полярності, на рис.5 градуйовану характеристику термоелектричного термометру на основі напівпровідникової термопари, в якому забезпечено підвищення точності вимірювання температур шляхом виключення похибок від нестабільності та нелінійності характеристик термопари.


Рис. 4. Залежність температури робочого спаю напівпровідникової термопари у часі від струму спаю різної полярності

На початку експлуатації пристрій з напівпровідниковою термопарою

калібрують при відомій температурі Тк, яку вибирають з умови:

(8)

де Тк - температура, при якій пристрій з напівпровідниковою термопарою калібрують, 0С; Тмакс і Тмін - максимальна і мінімальна температури діапазону вимірювання, 0С.

ТермоЕРС Е1/, яка утворюється робочим спаєм двох напівпровідникових електродів, можна представити у вигляді:

(9)

де - коефіцієнт Зеєбека робочого спаю двох напівпровідникових електродів при температурі Тк ;

- коефіцієнт Зеєбека вільних кінців термопари при температурі Т0.

Так як коефіцієнт Зеєбека функціонально залежить від температури, то градуювальна характеристика термопари, особливо напівпровідникової, є нелінійною. Але поблизу робочої точки градуювальної характеристики, яка задається температурою Тк, невеликі зміни температури DТ (DТ<<Тк) викликають пропорційні, тобто лінійні зміни термоЕРС. ТермоЕРС Е2/ робочого спаю визначається згідно формули:

, (10)

де - час охолодження спаю, с; Rc – електричний опір робочого спаю, Ом; І0 – оптимальний струм охолодження, А; С – еквівалентна ємність спаю, мкФ.

Внаслідок реверсивності ефекту Пельтьє в робочому спаї відбувається виділення теплоти і підсумовування теплоти Джоуля і Пельтьє, що веде до швидкого зростання температури спаю, а термоЕРС приймає значення:

(11)

Час охолодження і нагрівання Dt вибирають таким, щоб температура охолодження і перегріву робочого