Усовершенствованная технология проектирования теплозащитной одежды на основе уточненных моделей теплообмена

• Автор: Кудрявцев, Виталий Игоревич
• Шифр специальности: 05.19.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОБЛЕМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ ОДЕЖДЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ХОЛОДА И ТЕПЛА.

1.1 Человек в условиях холода и тепла

1.2 Физиологические основы проектирования одежды для защиты от

холода и от тепла

1.3 Виды систем и средств противотепловой защиты.

1.4 Анализ методов математического моделирования системы ЧЕЛОВЕКОДЕЖДА СРЕДА.

1.5 Анализ существующих методик построения конструкций теплозащитной одежды и систем автоматизированного

проектирования.

ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ОПТИМИЗАЦИОННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА ЧЕЛОВЕК ОДЕЖДА СРЕДА.
2.1 Геометрическое представление человека в системе теплообмена
с окружающей средой
2.2 Исследование геометрических форм человека
2.2.1 Определение геометрических параметров модели человека
2.2.2 Определение параметров модели туловища человека
2.2.3 Расчет параметров эллиптического сечения цилиндра
2.2.4 Расчет параметров сечения цилиндра с границей в виде овала
2.3 Разработка массива исходных данных для математического моделирования системы теплообмена ЧЕЛОВЕК ОДЕЖДА СРЕДА
2.4 Расчет средневзвешенной толщины снаряжения.
2.5 Построение математической модели теплообмена системы ЧЕЛОВЕКОДЕЖДА СРЕДА
2.6 Алгоритмизация задачи.
2.7 Общие функциональные возможности программы Теплозащита.
2.8 Исследования на математической модели теплообмена.
2.9 Исследование устойчивости полученного решения.
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТЕПЛООБМЕНА ЧЕЛОВЕК ОДЕЖДА
3.1 Геометрическое представление туловища человека в системе теплообмена с окружающей средой.
3.2 Разработка массива исходных данных для математической модели второго уровня системы теплообмена ЧЕЛОВЕК ОДЕЖДА СРЕДА
3.3 Построение имитационной математической модели системы теплообмена ЧЕЛОВЕК ОДЕЖДА СРЕДА
3.3.1 Математическая модель теплообмена в системе ЧЕЛОВЕК ОДЕЖДА СРЕДА.
3.3.2 Дискретная модель теплообмена в системе ЧЕЛОВЕК ОДЕЖДА СРЕДА
3.4 Алгоритмизация задачи.
3.4.1 Генерация геометрического представления сечения модели туловища .
3.4.2 Триангуляция геометрического представления сечения модели туловища
3.4.3 Расчет температурного поля модели
3.5 Исследование результатов математического моделирования модели второго уровня
3.5.1 Аналитическое решение
3.5.2 Проверка аналитических расчетов на модели
3.5.3 Результаты расчета на математической модели второго уровня.
3.5.4 Анализ соотношений оптимизационной и имитационной моделей
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКОДЕЖДАСРЕДА
4.1 Постановка задачи для разработки специального блока САПР теплозащитной одежды.
4.2 Разработка исходных данных для автоматизированного проектирования теплозащитной одежды.
4.3 Разработка конструкций теплозащитной одежды на базе специализированного комплекса САПР теплозащитной одежды
4.4 Разработка измерительнорасчетного комплекса.
4.4.1 Разработка технического комплекса для гигиенических исследований
4.4.2 Алгоритмизация и программирование задачи.
4.5 Экспериментальное исследование проектного решения
ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Потери тепла теплопроводностью происходят в соответствии с законом Фурье ,2, причем в лежачем состоянии, когда существует значительная доля
поверхности тела человека, находящего в непосредственном контакте с другой поверхностью. Количество тепла Хонд Вт, прошедшее через пакет одежды человека, можно выразить следующей формулой 1. Ц 1. X коэффициент теплопроводности материала одежды, Втм К и ртемпература внутренней и наружной поверхности одежды, С Д толщина стенки одежды, м Л площадь поверхности одежды, м2. Потери тепла конвекцией осуществляются путем передачи гепла поверхностью тела или одежды человека движущемуся около него воздуху 1,4, что составляет около общих теплопотерь 1. Отт 0 О. Вт, 1. Втм2 К поверхность
тела, участвующая в конвективном теплообмене, м т температура поверхности тела,С. Потеря тепла излучением имеет и обратный процесс поглощение лучистой энергии. Г3 . Это выражение можно представить также в виде уравнения
где аизл пропорциональный коэффициент излучения с поверхности. Решая оба выражения относительно а,ш получим
ат С3 Ч4 3 4 , ВтмС,
где Зобщ общая поверхность тела человека, м2. Для оценки радиационноконвективных потерь с поверхности тела человека используют специальные датчики определения величины потока тепла 2,4. При выполнении физической работы благодаря усилению подвижности воздуха вокруг тела человека тепловой поток увеличивается, изменяя его топографию. Как уже было отмечено выше, значительная доля терморегуляции человека осуществляется за счет испарения пота с поверхности тела. Количество тепла, расходуемое организмом па испарение, обычно рассчитывается по величине потери веса тела человека от температуры внешней среды , что можно проследить по данным табл. Таблица 1. Коэффициент испарения зависит от теплозащитных свойств одежды и скорости движения окружающего воздуха. Кроме того, тепло человека корректируется при дыхании нагревании вдыхаемого воздуха. Вт 1. У0, мч с удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении 1,0 МО3 Джкг С у плотность воздуха при 0С, равная 1,3 кгм3. Все рассмотренные параметры являются показателями элементов терморегуляции человека, которые в совокупности позволяют поддерживать стабильный гомеостаз человека. Однако, при влиянии температурного потока на человека происходит накопление определенного количества тепла или его потеря, которые в допустимых пределах не вносят дискомфорта в температурный режим организма человека, при превышении допустимых пределов становятся характерными показателями наличия теплового дискомфорта или угрожающего теплового состояния. Учитывая разнообразие климатических и производственных температурных зон пребывания человека, следует отметить, что важно знать величины фактического дефицита или накопления тепла, которые при сравнении с их нормированными значениями, представленными в табл. Таблица 1. Степень охла А. И. Бе Р. М. Кне В. И. Кри Р. С.Г. Оку 0 о. Описание составляющих теплового баланса человека позволяет охарактеризовать основные процессы, происходящие в организме человека и регулирующие его тепловое состояние для нормальной деятельности в зоне температурного воздействия. Таблица 1. А.И. Бекетова Р. М. Кнежевича В. И. Кричагина Бельтиига и Хэтчи, Шербергера и др. Сложность взаимодействия представленных элементов системы Человекодежда окружающая среда обусловлены функционированием ряда физиологических систем, в сочетании с функционированием защитной системы теплозащитного или теплоизолирующего костюма. Адекватное описание системы в целом и получение методов расчетов параметров защитных костюмов, позволяющих создать оптимальный тепловой режим человека во время его деятельности в зоне холода и тепла есть важная задача в настоящей работе. Эта задача может быть решена путем создания математической модели рассматриваемой системы, регулируемым элементом которой являются параметры теплоизоляционной конструкции. Рассмотренное состояние теплового баланса человека обеспечивается рационально сконструированной системой тепловой защиты, которая компенсирует воздействие среды на человека там, где его физиологическая и химическая герморегуляция уже не способна это полностью обеспечить.