Введение к работе
Актуальность работы.
Широкое развитие в мире получило производство нетканых материалов на основе различных технологий. В настоящее время выпускается большой ассортимент нетканых материалов с широким спектром свойств для различных областей применения, в том числе и для защиты от внешних тепловых воздействий окружающей среды как тела человека, так и различных аппаратов и жилища. Современные технологии изготовления нетканых текстильных материалов дают возможность создавать новые материалы с заранее определенными свойствами. Материалы, используемые при изготовлении одежды, должны иметь высокие теплоизоляционные качества, которые зависят не только от состава, технологии изготовления и структуры материалов, входящих в состав покрытия, но и от оптических и топологических свойств их поверхностей. Влияния теплофизических свойств нетканых материалов на общие теплозащитные свойства теплоизоляционных покрытий представляет собой одну из актуальных задач проектирования новых материалов. Как правило, применяются многослойные покрытия, составленные из материалов с различными теплофизи-ческими и оптическими свойствами. Установление аналитических зависимостей, связывающих показатели этих свойств с определяющими их факторами, является актуальной задачей проектирования новых теплоизоляционных материалов. Решение этих задач невозможно без разработки методов оценки и измерения теплофизических показателей нетканых текстильных материалов.
Не менее актуально исследование связи теплофизических характеристик материалов с динамикой распространения в них тепловых потоков. Решение этой задачи позволит разработать принципиально новые методы измерения теплофизических постоянных нетканых текстильных материалов.
Проведение теоретических и экспериментальных исследований, направленных на решение указанных задач, является темой данной диссертационной работы.
Цель и задачи работы.
Целью работы является исследование закономерностей распространения нестационарных тепловых потоков в плоскослоистых средах и разработка на их основе новых методов измерения теплофизических постоянных нетканых текстильных материалов.
На основе решения нелинейных задач нестационарной теплопроводности совместно с дистанционными методами теплотехнических измерений разработать теоретические основы нестационарных методов измерения теплофизических постоянных нетканых текстильных материалов, дополняющих и уточняющих известные методы измерения. Предложить
схемы установок для измерения теплофизических постоянных нетканых текстильных материалов новыми методами.
Научная новизна работы:
-дано адиабатическое решение нелинейной задачи теплопроводности, описывающее квазирегулярный режим охлаждения образца нетканого текстильного материала, и установлены границы его применимости;
-развит метод интегральных уравнений решения нелинейных задач теплопроводности, описывающий распространение нестационарных тепловых потоков в плоскослоистых средах, моделирующих нетканые текстильные материалы;
-найдены аналитические выражения, описывающие полученные закономерности распространения нестационарных тепловых потоков в плоскослоистых средах из нетканых текстильных материалов;
-предложены методы измерения теплофизических параметров нетканых текстильных материалов, основанные на найденных закономерностях распространения нестационарных тепловых потоков;
-проанализировано влияние ворсистости поверхности нетканого материала на ее коэффициент теплоотдачи.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
-разработаны методы анализа процессов распространения нестационарных тепловых потоков в плоскослоистых средах, составленных из нетканых текстильных материалов, позволяющие их контролировать и изменять;
-разработаны методы измерения теплофизических параметров нетканых текстильных материалов на основе найденных решений нестационарных нелинейных задач теплопроводности и созданы соответствующие установки.
Основные защищаемые положения:
-теоретически и экспериментально изучено влияние структуры поверхности нетканого текстильного материала на его коэффициент теплоотдачи. Показано, что наличие ворсистости поверхности приводит к возникновению поправочного множителя в известной формуле для числа Нуссельта, значение которого зависит от числа Релея и отношения теплового сопротивления слоя ворса к среднему тепловому сопротивлению потока теплоносителя;
-дано приближенное решение нелинейной задачи теплопроводности (квазирегулярный режим), описывающее результаты экспериментальных исследований процесса охлаждения плоских образцов нетканых текстильных материалов в условиях естественной конвекции;
-теоретически обоснован процесс распространения нестационарного теплового потока в плоскослоистой среде. Найдены формулы, связывающие временные характеристики температур поверхностей слоев с теп-лофизическими постоянными нетканых текстильных материалов, составляющих теплоизоляционный пакет;
-на основе найденных решений нелинейных задач теплопроводности предложены новые методы измерений теплофизических постоянных нетканых текстильных материалов. Проведены измерения теплофизических постоянных ряда нетканых теплоизоляционных материалов.
Апробация работы.
Основные результаты докладывались на V Международном совещании по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте (г. Москва,2007г.), на Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2006) (. Москва,2006), на Всероссийских конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2004 и Текстиль-2005), (г. Москва, 2004,2005), на 6-ой , 7-ой и 8-ой специализированных выставках «Изделия и технологии двойного назначения. Конверсия ОПК», на Международной конференции «Молодые ученые - промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения» (г. Моск-ва,2007).
Публикации. Результаты, полученные в ходе выполнения диссертации, были опубликованы в 9 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 63 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 144 страницах и содержит, в том числе приложения на 17 страницах.
