Методика для визначення теплозахисних і ефективних теплофізичних характеристик матеріалів. Програмне забезпечення для керування приладом, моделювання процесу теплової дії, вирішення теплофізичних задач. Теплозахисні властивості матеріалів для спецодягу.
Аннотация к работе
Розробка методу і оцінка теплозахисних властивостей матеріалів для спецодягуСтворення теплозахисного спецодягу здійснюють на основі вибору матеріалів, який базується на обєктивній оцінці їх властивостей (за допомогою методів і приладів, що моделюють умови експлуатації). Проте, методів і приладів, що дозволяють комплексно та обєктивно оцінити теплозахисні властивості матеріалів з можливістю моделювання умов експлуатації й використанням компютерних технологій, існує недостатньо. Актуальність теми дисертаційної роботи обумовлена необхідністю вивчення теплозахисних властивостей нових матеріалів для спецодягу, а також обмеженою кількістю спеціальних методів і приладів, які б дозволяли проводити такі дослідження комплексно, з можливістю моделювання умов експлуатації та використанням компютерної техніки. вперше отримані експериментальні залежності характеристик теплозахисних властивостей від температури джерела теплової дії та емпіричні рівняння, що їх описують: термінів підвищення температури до 37°С на виворітній поверхні проб матеріалів; термінів підвищення температури до 50 °С на виворітній поверхні проб матеріалів; температури на виворітній поверхні проб через 10 с теплової дії; термінів початку і кінця руйнування проб; захисного індексу. Безпосередньо автором: доопрацьована математична модель процесу теплопередачі крізь матеріали спецодягу; розроблено комплексний метод визначення і оцінки теплозахисних властивостей матеріалів; розроблено спеціальне програмне забезпечення для керування приладом, моделювання процесу теплової дії, вирішення теплофізичних задач і обробки даних; визначені ефективні теплозахисні і теплофізичні характеристики; виконана оцінка теплозахисних властивостей матеріалів та розроблені рекомендації щодо їх використання.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. 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/(м?К); - масова питома теплоємність i-го вузла шару пакета, Дж/(кг?К); - обємна густина i-го вузла шару пакета, кг/м3; n - число вузлів просторової сітки. 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). 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. За програмою «Критерии оценки теплозащитных свойств» ЕОМ зчитує дані експерименту і послідовно визначає: t1 - термін підвищення температури на виворітній поверхні проби до значення 37 °С; t2 - термін підвищення температури на виворітній поверхні проби до значення 50 °С; t1 - підвищення температури на виворітній поверхні проби за наперед визначений термін дії - 10 с; Ізах - захисний індекс за термін 10 с, %; t3 - термін початку руйнування проби, с; t4 - термін кінця руйнування проби, с.В процесі розробки комплексного методу, який дозволяє виконати оцінку теплозахисних властивостей матеріалів, вирішені три групи питань. Модель дозволяє автоматизовано визначити кількість рівнянь в системі, місця розташування вузлів просторової сітки та розрахувати температури в них в будь-який момент теплової дії, залежно від кількості шарів матеріалів, їх товщини і сировинного складу. Розроблено комплексний метод, який дозволяє виконати оцінку теплозахисних властивостей матеріалів на основі визначення їх ефективних теплофізичних і теплозахисних характеристик і прилад ОТЗВМ для його реалізації (деклараційний патент України на винахід №2000127064 від 15.06.2001). У процесі дослідження теплозахисних властивостей зясовано, що не відбувається різкої зміни коефіцієнтів теплопровідності в момент руйнування матеріалів для спецодягу.