Исследование температурных параметров подкомбинезонного пространства глубоководного водолаза как объекта системы автоматического регулирования температуры искусственной среды обитания

• Автор: Никитченко, Инна Игоревна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Аналитический обзор современного состояния 5 проблемы, постановка задачи диссертационной работы и ее общая характеристика.

1.1. Обзор современного состояния проблемы

1.2. Постановка задачи диссертационной работы и ее крат

кое содерж ание

Глава 2. Исследование процессов теплообмена водолаза

с внешней средой.

2.1. Теплопотери от тела через одежду в окружающую сре

2.2. Теплопотери на нагрев дыхательного газа.

2.3. Тепловой баланс организма водолаза

2.4. Влияние физической деятельности и теплопотерь на
самочувствие
Оглаве
Глава 3. Математическая модель тепловой динамической
системы человек одежда среда
3.1. Исследование теплофизических параметров модели
3.2. Разработка математической модели температурных
параметров нагревательного элемента о дел еды как объекта системы автоматического управления
3.3. Разработка математической модели температурных
параметров тела водолаза.
Выводы по главе
Глава 4. Разработка и исследование нагревателя газовой
смеси для снаряжения как элемента системы автоматического управления
4.1. Конструкция нагревательного элемента
4.2. Исследование коэффициентов теплоотдачи
4.2.1. Определение коэффициента теплоотдачи от нагреватель
ного элемента к газу в ограниченном пространстве при отсутствии вынужденного движения для заданных условий со 0 мсек.
4.2.2. Определение коэффициента теплоотдачи при вынужден ном движении газа.
4.2.3. Определение коэффициента теплоотдачи к гелио
воздушной смеси.
4.3. Методика расчета нагревательного элемента
4.4. Динамические характеристики температуры нагрева
тельного элемента и дыхательной смеси.
Выводы по главе
Глава 5. Исследование системы автоматического регули
рования температуры в одежде
5.1. Структурная схема АСР температуры одежды.
5.2. Исследование АСР температуры одежды с релейным ре
гулятором.
5.3. Исследование АСР температуры одежды с линейными
П и П Ирегуляторами.
5.3.1. П регулирование
5.3.2. ПИ регулирование.
5.4. Исследование АСР температуры оде.жды с дискретными
П и ПИрегуляторам и с амплитудноимпульсной модуляцией управляющего сигнала.
5.3.1. П регулирование.
5.3.2. ПИ регулирование
5.5. Исследование АСР температуры одежды с дискретными
П и ИИрегуляторами с широтноимпульсной модуляцией управляющего сигнала.
5.3.1. П регулирование.
5.3.2. ПИ регулирование
Выводы по главе.
Заключение.
Список литературных источников


Столь ярко выраженные теплопотери через дыхательные пути отражаются на общем тепловом состоянии организма. У водолазов, дышащих гелио-кислородными смесями под повышенным давлением, после пребывания в воде с температурой 2-7 °С наблюдается быстрое снижение температуры кожи и тела, появляется ощущение сильного охлаждения. В настоящее время установлено, что поддержание необходимого теплового состояния водолаза во время глубоководных погружений невозможно без дополнительного обогрева вдыхаемой газовой смеси [3, 8, , ]. Учитывая описанные выше особенности теплообмена человека через дыхательный тракт в гипербарической среде, можно предположить, что подачей для дыхания водолазу подогретой дыхательной смеси, обладающей высокой теплоемкостью при постоянном объеме, можно не только предотвратить теплопотери через дыхательные пути, но и осуществить ингаляционный обогрев водолаза. Решение этой задачи необходимо для создания эффективных средств защиты водолаза от переохлаждения. Современные способы индивидуальной защиты человека в воде заключаются в увеличении пассивной теплоизоляции снаряжения и активном подведении тепла к участкам тела или всей его поверхности. Общий подход к проблеме тепловой защиты водолаза и создание для него теплокомфортных условий для работы при глубоководных спусках заключается в решении двух взаимосвязанных задач. Первая задача: максимальное уменьшение теплоотдачи водолаза в окружающую среду посредством улучшения теплозащитных свойств спецодежды и специального снаряжения. Ее практическим решением является применение в системе дыхания теплообменников, принцип работы которых основан на использовании энергии выдыхаемой смеси. Теплообменники позволяют более рационально использовать тепло, регенерируемое человеческим организмом, не требуют подвода дополнительной энергии и позволяют работать водолазу, обходясь только метаболической теплопродукцией человека. Подобные устройства при их расположении перед клапанной коробкой увеличивают «мертвый объем», т. При глубоководных погружениях, когда плотность и теплоемкость газовой смеси велики, данные устройства не в состоянии обеспечить нагрев газа до требуемой температуры. Для эффективной работы эти устройства должны располагать большой площадью и массой, расположенной в небольшом объеме, что приводит к сужению каналов для прохода газа и создает значительное сопротивление для дыхания водолаза, возрастающее с увеличением глубины погружения. Поэтому применение таких теплообменников возможно лишь при погружении на небольшие глубины. Вторая задача, решаемая при разработке средств тепловой защиты водолазов: создание и применение различных видов специальных снаряжений с внешними источниками энергии для подвода тепла к телу водолаза с целью компенсации неизбежных теплопотерь. Источники энергии могут быть автономными, входящими в состав водолазного снаряжения и размещенными в непосредственной близости от водолаза. В настоящее время для обогрева водолаза предложено много источников тепла, позволяющих автономно передвигаться в водной среде. К ним относятся источники электрической энергии (серебряно-цинковые аккумуляторы, талиевые элементы), радиоактивные источники тепла, аккумуляторы тепла (контейнеры с веществом, имеющим высокую температуру плавления), химические источники тепла (используют тепло экзотермических реакций между реагентами, каталитического расщепления перекиси водорода или окисления углеводорода) [, , , ]. Примером применения автономных источников могут служить системы нагрева газовой смеси с помощью каталитического окисления водорода []. Подогрев газовой смеси осуществляется посредством использования тепла экзотермической реакции окисления водорода, предварительно включенного в состав смеси. Во избежание взрыва содержание водорода в смеси должно учитывать его частичный расход на окисление, которое происходит в устройстве, размещенном в непосредственной близости от органов дыхания водолаза, например, в дыхательном автомате. В устройстве помещается катализатор реакции, содержащий платину.