авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Алейникова, Ольга Алексеевна Оптимизация конструкций теплозащитных ...»

-- [ Страница 2 ] --

Процессы проектирования теплозащитной одежды с объемными несвязными утепляющими материалами связаны с решением ряда принципиальных вопросов. Одним из главных проблем, решение которой не удается найти до настоящего времени, является проблема формирования теплозащитного пакета. При общепринятых способах формирования теплозащитных пакетов для такого класса материалов возникает необходимость проектирования таких конструкций, материалы оболочки которых не могут быть развернуты на плоскость без дополнительных разрезов.

В стандартных случаях поперечное сечение отсека пакета представляет собой плоскую фигуру, состоящую из двух сегментов, контуры которых очерчены дугами окружностей. На практике для расчета термического сопротивления пакетов, состоящих из описанных отсеков, широко используются приближенные формулы.

Так как термическое сопротивление теплопередаче теплопроводностью пропорционально эквивалентной толщине, то для сравнения теплозащитных свойств пакетов разных конструкций производится сравнение их эквивалентных толщин [2, 3, 4, 5 ].

Эквивалентная толщина рассматриваемых пакетов рассчитывается как ^ где а - половина расстояния между строчками простегивания;

2vjy(x) - функция, изменение толщины отсека между строчками простегивания.

Но принятая методика расчета эквивалентной толщины не отражает реальную картину теплопередачи через сложную стенку, в виде которой можно представить модель отсека (пакета) [25, 30, 32, 38, 39].

2.2.1 Решение методом сеток Для установления характера распределения температуры внутри отсека пакета теплозащитной одежды рассмотрим сечение этого отсека в плоскости, перпендикулярной строчкам простегивания. В этом случае температура зависит только от двух координат.

При стационарном процессе без внутренних источников тепла распределение температуры Т(х,у) не меняется с течением времени и, следовательно, удовлетворяет уравнению Лапласа [6, 100, 101, 111]:

— - +— - =О или AT = О (где AT - оператор Лапласа).

Стационарное температурное поле в твёрдом теле без внутренних источников теплоты зависит только от геометрии тела и распределения температуры на его границах.

Решение краевой задачи Дирихле в случае простейших областей может быть найдено методом Фурье (разделения переменных) или методом функции Грина (функции источника).

Эти методы позволяют получить выражение для решения краевой задачи в случае областей простейшего вида в явном виде.

Рассмотрим случай задания области в виде круга (рисунок 2.8).

Допустим, что Ti - температура границы верхней половины круга радиуса R, Тг - температура границы нижней половины круга (Т|Т2). Для решения применим метод функции Грина.

Положим г i, оф 2, 7 ф 27Г С В этом случае, искомое распределение температур будет определяться формулами [6] Т —Т ^ R —г ( ^ J—;

^ ^— гс1ф для Офо71;

\ R +Г0 - 2К ( ) т _т 271 т? 2 _ \ ^1 для ^ ^ ^ Рассмотрим верхний полукруг. Так как 0фо71,то -%-фо О =^ -7Гф-фо71. Разность не содержит точек ±%, следовательно, возможно использование универсальной тригонометрической подстановки 1-tt фф 2dt Отсюда „.„Фо - t gФо R2 +Г0 -2Rro ^о 2 OD Фо.

ctg 2 L T1-T dt ctg R-Гп Ti-T2 R + Гп ( R + Го -arctg ~ ^t =П R-ro Фо tg f R I + arctg arctg 71:

Представим данное решение в более удобном виде ФО^ " ^ = t g arctg tg;

^ + arctg I g -4roR 1^ 1 UJ Правая часть выражения отрицательна, значит 4 + -12 u Tj Следовательно 2 „ 7c(u-T2)l_ R ^ T1-T2 ^ u = T] — • arctg =arctg 7Г 1- T1-T Найдём изотермы для верхнего нолукруга области. Перейдём к Декартовым координатам. Зная, что формулы перехода к полярным 2 2 координатам хд - TQ cosфо, XQ = гд sin фо = х +у = Го, нолучим tg 71 1 T1-T2 2Ryo 71 1 U-T 71 1 TI-T T1-T U-T -RV nl Ъ^ v2 / U-T2 u -T Уо+R-tg n\ -R' \ Полученные выражения ноказывают, что изотермы - это окружности, проходящие через точки (± R;

О). В рассматриваемом случае изотермы - дуги этих окружностей лежат в верхней нолунлоскости (уо О, так как фо 0).

Для каждой точки М^х,y^j верхней половины области, уравнения этих окружностей можно записать в виде Уо + Rtg Т1-Т Т1-Т2.

Для каждой точки М'(хо,у()) нижней половины области, уравнения этих окружностей получаются подобными рассуждениями в виде ^2 -, Т-Т + •п 21 Т-Т Т1-Т2 COS -•% Т1-Т Т = U - температура точек на изотерме для нижней половины области задаётся равенством ^ Т1+Т, д л я 7 фо 271, Т2 и Г U = Т2 п На рисунке 2.9 показаны изотермы R R \' Т 1 ^—- cos -п COS Т1-Т2 Т -Т V 1 71, 5= 71, а= 2 Т-Т.

Ч 1 2у Т-Т, 71.

71 = Т. - Т.

2 Т-Т.1 2 ^, Рассмотрим пример - Т = 30°С, Т- = 0°С.

Изотермы примут вид т, x§ + (yo + R-tg[(i-T/3O)7ur=— - для верхнего полукруга.

- для нижнего полукруга.

cos' '(71Т/ЗО) й=Т, Рисунок 2.8 - Область Рисунок 2.9 - Изотермы в круге распределения температур в круге Рассмотрим область, которая является сечением образца, полученного простёгиванием перо-пухового утеплителя параллельными строчками между двумя слоями материала (рисунок 2.10).

Для симметричных пакетов допустимо описание контура поперечного сечения отсека дугами окружностей [27, 28, 33, 35, 37, 39, 94, 99]. Для таких и более сложных областей аналитические зависимости поля температур обычно найти не удаётся, поэтому применяются численные методы. Для области, которая изображена на рисунке 2.10, решение задачи Дирихле получается методом конечных разностей (методом сеток). Нами составлена программа для решения этой задачи. В программе используется пятиточечный шаблон и интерполяция нулевого порядка. Разностные уравнения решаются методом простой итерации (методом Якоби) [111].

Доказано, что процесс итерации сходится и устойчив [111].

У а 6' 2 X G 8 1S ^ \ -4 В -6 -8' -10- \ с (Аз/2,-В) -и- Рисунок 2.10- Сечение симметричного отсека Найдём максимальную толщину отсека G, пользуясь прикладными математическими пакетами "MAPLE". Введя ширину отсека LQ И расстояние между швами заполненном накете А„, найдём угол со (см. рис. 2.10) из равенства AQCO - LQ sin(o)) = О. Тогда = (LQ (l - cos(ro)))/(2cu). Отсюда HQ Уравнение верхней границы имеет вид ( х - A Q / 2 ) + ( у - В ) = R.Это дуга окружности с центром в точке С. Здесь B =R-Ho-Do/2, о_ 8Hf Исходными данными для созданной программы являются 1. Температура окружающей среды, Т (на нижней границе области);

2. Температура под пакетом одежды, Т (на верхней границе области);

3. Ширина отсека (расстояние между швами до заполнения) - Ь „ ;

4. Ширина отсека, заполненного объёмным утеплителем (расстояние между швами заполненного пакета)-А ;

этого накета объёмным несвязным утеплителем, величина D намного меньше средней толш;

ины пакета [27, 28]);

6. Число точек разбиения N n o оси Ох для четвёртой части отсека пакета, сечение которого лежит во второй четверти (закрашенная часть на рисунке 2.10);

7. Толш:ина отсека (максимальная толш,ина пакета) - G ;

8. Точность вычисления - Е.

Результат вычислений по программе выдаётся в виде матрицы температур. Линейные размеры измеряются в миллиметрах, что упроп],ает процесс обработки данных. Ввиду симметрии задачи, можно работать с четвертью области. Далее, в силу симметрии, легко получить распределение темнератур по всей области.

При отработке программы рассмотрен следуюпдий пример:

Температура среды Т = -10° С.

Температура под пакетом одежды Т = 30° С.

Ширина отсека (расстояние между швами) ^0 ~ ^ 60мм.

Ширина отсека, заполненного объёмным утеплителем ^п Толш;

ина пакета под строчками ^0 ~ Число точек разбиения по оси х для четвертой части области N = 15.

Толщина отсека (G = G ( A, L ) ) G = 48мм.

Точность вычисления Е = 0.01 С.

Решение для нолучаем в виде матрицы для четвертой части отсека.

Пользуясь свойствами симметрии, нетрудно получить матрицу распределения температур по всей области.

2 4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 1 7 3 5 6 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 29 9 29,8 96 799 8 90 9 30 30 30 30 30 30 30 30 30 27,6 26,4 25,725,3 25 24,8 94 6 24,1 ?9 5 94 194 6 94 8 25 25,3 25,7 26,427,630 30 30 30 30 26 194 9 99 6 91 4 90 7 90 9 199 19,7 195 19Д 183 19 1195 197 199 70 2 20,721,422,624,2 26,1 30 30 30 30 30 22 6 90 9 184 179 16 3 157 153 15 1149 14,8 146 14,4 149 144 146 148 149 15 115,3 ]S7 163 179 184 90 9 99 6 30 30 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 -10 -10 -10 -2 6-0? 1 6 98 3 7 4 3 47 49 5 1 5 2 54 5 6 58 56 54 59 5 1 49 4,7 4 3 3 7 98 1 6-0 9 -9 6 -10 -10 -,, -10 -10 -10 -6 1 -4 9 -9 6 -1 4 -0 7-0,2 01 0 3 05 0 9 1 709 05 03 0 1 -0 9 -0,7 -1 4 -9 6 -4 9- 6 -10 -10 -,, -10 -10 -10 -7,6 -6,4 -5,7 -5,3 -5 -4,8 -4 6-4,1 -? 5 -4 1 -4 6-4,8 -5 -5,3 -5,7 -6,4 -7,6 -10 -10 - -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -9,9 -9,8 -6,7 -9,8 -9,9 -10 -10 -10 -10 -10 -10 - -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 - 1 2 3 4 5 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Номера столбцоЕ!

2.2.2 Аналитическое решеиие Для плоского простёганного пакета площади внешней и внутренней поверхностей равны. Изотермические поверхности такого отсека - части цилиндрических поверхностей. Если оси координат направить так, как показано на рисунке 2.11, то сечения изотермических поверхностей могут быть описаны дугами окружностей вида [50, 58, 100]:

(2.1) +y^=v\ где ге[го;

+со) - радиусы дуг окружностей;

(и;

О) - координаты центров дуг окружностей, U е [uo;

+oo).

Как известно из литературных источников[28, 41, 42, 82, 83, 84, 85, 86, 116, 117], линии тока перпендикулярны изотермам. Для аналитического описания линий тока в симметричных отсеках рассмотрим точки А и С (см.

рис. 2.11), которые имеют координаты А(0, а);

С(-5 + т, 0), где 5 - половина толщины заполненного отсека;

а - половина ширины заполненного отсека;

т - расстояние от точки С до ближайшей поверхности отсека.

Подставим координаты этих точек в формулу (2.1) Вычитая из первого равенства системы второе, получим ^ = 2(т-5) 2(т-5) 5-T T- 2 2(T-6) 2(5-T) 6-T 2(5-x) у/ u Рисунок 2.11 - Расчетная схема сечение отсека Обозначим 5 - 1 = 8,тогда r = u + s =:u = r - +— =0=^81 2 =г± 2 V Г2 -a +-\/r - a Продифференцируем (2.1) no x и рассмотрим систему X - u + у'у = о +у'у = X;

х + д/r - a +УУ = - а ^ +у'у = - а ^ +2хуу' = -у^+а^ = 9 9 В последнем равенстве 2хуу' + х - у +а = 0, заменим у' выражением, чтобы нолучить уравнения ортогональных траектории у' ^ + х^ -у^ +а^ =0 (у'^ О, т. е. у ?t const).

у' Здесь можно рассматривать х как функцию от у. Тогда х' = — = -2ху х' + х ^ - у ^ + а ^ =0.

Ух Пусть t = X - новая неизвестная функция t = t(y) ^ - t'y +1 + а^ - у^ = О.

Это линейное дифференциальное уравнение 1-ого норядка. Решим его методом подстановки t = u(y)-v(y) = -yu'v-yv'u + uv + a - у =0 ^ y - v ) + a ^ - у ^ =0 =^ v'y-v = O;

= —;

lnv=ln|y|;

v = y.

Тогда - уи'у + а - у = О;

и У^ сек У 2 t = u. v = -a -у +2су Уравнения линий тока 79 9 9 9 9 9 X + у - 2су = -а = х^ + у - 2су + с = с - а 2,/.

(y-cf = с2^ - а л ^ (2.2) X Это уравнения окружностей с центрами в точках (0,с) радиуса с -а (|с а). Если с = ±а получаем точки (О, ±а).

Из дифференциального уравнения ортогональных траекторий при у ' = О получаем, что у = 0, т.е. ось Ох тоже является ортогональной траекторией.

При нахождении термического сопротивления будем пользоваться правилами расчета суммарного сопротивления отдельных участков, соединенных параллельно или последовательно.

Для последовательного соединения 5 = А/ л, Л где 5 - толщина, то есть длина пути теплового потока через стенку;

X - коэффициент теплопроводности;

R = — термическое сопротивление плоской стенки;

X Rj = — - термические сопротивления составляющих фрагментов л.

последовательно-составленной стенки, толщины которых равны 5j.

§ Для параллельного соединения R = где Sj - площади проводящих поверхностей параллельно-составленной стенки, перпендикулярных к направлению потока тепла и S = X^Sj.

Уравнения линий теплотока в сечении симметричного отсека будут иметь вид (2.2) или А уравнения изотерм r = u +a, 0 T 5 (при T ^ 5 получается изотерма x = О).

Заметим, что u как функция от т - возрастающая, так как du а,1 л W Гл s^ dt 2(6 - х)^ Поэтому в качестве параметра в уравнении изотерм можно взять и Г ^ а^ 6, (приэтом и[ио;

+сх)),где и^ = — - - ) 25 х Ч у 2 - 2 и х = а2 (2.3) Будем рассматривать только четвёртую часть отсека, сечение которого лежит во 2-ой четверти (тогда се(а;

+ со)). Найдём координаты точки пересечения любой изотермы с любой линией тока, лежащей в указанной четверти. При V с G (а;

+ оо), V и е [UQ;

+ ») нужно решить систему уравнений (2.2), (2.3).

Вычтем из (2.3) (2.2) 2су-2их-2а^ ^ у = ^^ ^ ^ (2.4) с Подставим полученное выражение в (2.3) их + а ^ + -5^ т-^^ - 2их = а^;

с 0 (2.5) Дискриминант квадратного уравнения (2.5) положителен, так как окружности (2.2) и (2.3) пересекаются в двух точках. Пас интересует их точка пересечения, лежащая во второй четверти. Следовательно, нужно найти меньший корень уравнения (2.5) (обозначим его ф(с;

и)) или с +U ИЛИ Это абсцисса искомой точки. Её ординату нолучим, подставив X = ф(с;

и) в уравнении (2.4) / ч иф(с;

и) + а.

\\f[c;

u)-—^-^—— с Пайдём измерения бесконечно малого криволинейного прямоугольника, образованного изотермами (2.3) и х + у - 2(и + du)x = а, и линиями тока (2.1) и х^ + у^ - 2(с + dc)y = -а^ (здесь du, dc - бесконечно малые положительные величины).

Измерение вдоль изотермы равно 2 \ / cu ф'с - u ф - a V ^ Измерение вдоль линии тока./ \ 2/,, с \ с J Термическое сопротивление элементарного параллелепипеда, основанием которого служит рассматриваемый элементарный прямоугольник, находится из равенства R. _ cdu-co(c;

u) dc ^LQ nap где ю(с;

и)= площадь проводящей поверхности рассматриваемого 'пар.

параллелепипеда.

С учётом правил расчета суммарного термического сопротивления при последовательном и параллельном соединении фрагментов тела получим термическое сопротивление рассматриваемой четверти пакета - Л-i / +00 + R1/4 А. Lode dc J+oo + Sl/ cdu-cu(c;

u) a)(c;

u)du " где Si/2 - половина площади проводящей поверхности рассматриваемого отсека.

Заметим, что термосопротивления всех четырёх четвертей пакета равны. Термическое сопротивление R всего пакета можно найти из соотношения R 1 S Si/2 Si/ или — = — - — + — ' - — =» R S Si/2 Si/2 R dn R - сопротивление плоского отсека передаче тепла за счёт теплопроводности.

С учётом термических сопротивлений теплопереходам, получим R сум. = +R +.

а ах В знаменателе дроби формулы 2.6 стоит интеграл от неограниченной в точке "а" функции. Это расходящийся несобственный интеграл. При вычислении несобственного интеграла 2.6 необходимо отступить от точки "а". Учитывая специфику задачи, прибавим к "а" небольшую относительно ^0 величину, равную толщине материала оболочки, которая принята равной 0,0025.

Процентное отклонение полученного результата (расчет по формуле 2. - кривая 2 на рисунке 2.12) от результатов расчета термического сопротивления по средневзвешенной толщине (кривая 1) на рисунке 2. показано кружочками. Процентное отклонение при малых углах достигает величины 26. Возрастание центрального угла приводит к снижению этого показателя до величины 14 %, но возрастают абсолютные величины отклонения.

^njT^ 3, 0,5 1,0 1,5 2,0 2, Центральный угол, рад Рисунок 2.12 - Влияние величины центрального угла на относительные термические сопротивления и процент отклонения между ними Анализ результатов расчетов но формуле 2.6 ноказал, что при изменении величины, характеризующей толщину материалов, происходит резкое изменение величины термического сопротивления. То есть, расчеты по этой формуле требуют корректировки и уточнения для конкретных случаев. Основным направлением поиска устойчивых решений, результаты которых не так резко реагируют на условия на границах области интегрирования является поиск схем разбиения нлощади сечения отсека на отдельные фрагменты.

2,2.3 Решение методом средневзвешенных ноказателей Воспользуемся результатами аналитических выкладок, выполненных в нредыдущих пунктах настоящей главы. Уравнения изотерм имеют вид a^ 5—т a 6—т где u = —, г, г = —, г+, О т 5 (при т - 5 получается 2(5-т) 2 2(5 ~т) изотерма х = 0).

Как было показано и, как функция от т, - возрастающая.

Поэтому в качестве параметра в уравнении изотерм можно взять и, как возрастающую функцию от г (при этом и s [UQ ;

+ «з), где u^ = ):

25 9 9 X +y^-2ux = a.

Рассмотрим половину отсека, сечение которого лежит слева от оси координат (рисунок 2.13). Разобьем левую половину сечения плоского простёганного отсека пакета на элементарные сегменты, соответствующие точкам - 5 = XQ xj... X]j_i xj^... Xn = О и найдём RIJ^ - термическое сопротивление к- ого сегмента.

Согласно обозначениям Xj^ = Т]^ - 5. Следовательно, хь а а хь с^ л 5, Гк ^ 2 2хк 2хк {Л Любая дуга 1)^-х^^^' ^^^ Фк -2arctg — Найдём площадь сегмента ^ ) - - г ^ sin(2arctg(a/uk)) ^ 2tg(arctg(a/uk)) arctg(a/uk) = r, arctg(a/uk).2, Аналогично может быть найдена S У\ Рисунок 2.13 - Расчетная схема левой части сечения отсека.

Найдём илош,адь элементарного сегмента а auk_i -S arct arctg а 2 у Термическое сопротивление и средневзвешенная толщина к-ого слоя равны бк.срвз.

Ri Найдём средневзвешенную толшину к -ого слоя -r..2, „ 5 -rk '-'к.срвз. ~ „ Тогда средневзвешенная толш;

ина левой ноловины отсека 8]/2 может быть вычислена как сумма 5]^ срвз.' к = • • п :

!• к= arctg(a/u),_i)- -г, u к= arctg(a/uk_i) 2 -г,к- к= au Обозначим \|/(х) = arctg(a/uk)-. Тогда 2 u +а au arctg(a/uk) +a arctg a au u au arctg(a/u) 2 2 2 По теореме Лагранжа [50, 100] можно записать Устремляя мелкость разбиения к О, имеем h v|/'(x)dx 2 J г • arctg(a/u) - Следовательно, О _, 1 Г V|/'(x)dx arctg(a/u) 2Л. J г • ar - Термическое сопротивление отсека теплопередаче теплопроводностью равно (2.7) А J Г • arctg(a/u), -S Полученное выражение дает устойчивые результаты, которые не зависят от условий на границах рассматриваемой области. Сравнительный анализ результатов расчетов по принятой на практике методике (расчет средневзвешенной толпдины отсека - кривая 1) и по формуле 2.7 (кривая 3) приведен на рисунке 2.14. Процентное отклонение полученного результата (расчет по формуле 2.7) от результатов расчета термического сопротивления по средневзвешенной толш,ине показано пунктиром. Процентное отклонение при малых углах стремится к нулю. Возрастание центрального угла приводит к повышению величины этого показателя до 20 %. Так же возрастает абсолютная величина отклонения.

Анализ выражений для расчетов термических сопротивлений отсеков (формулы 2.6 и 2.7 и расчет по средневзвешенной толшине) показывает, что результаты расчетов по принятой в настояш;

ее время методике дают завышенные показатели термического сопротивления. Учет температурных полей в отсеках позволяет детально рассмотреть прохождение тепла через пакеты. Аналитическое выражение (формула 2.7) получать устойчивые результаты, отражающие взаимосвязь геометрии отсека и особенностей теплопередачи.

0,5 1 15 о о у У 0, Ц /• 0, у 0, 3, 0,5 1,0 1,5 2,0 2, Центральный угол, рад Рисунок 2.14 - Влияние величины центрального угла на относительные термические сопротивления и процент отклонения между ними (расчет по средневзвешенной толщине и по средневзвешенным показателям) 2.3 Аналитическое исследование взаимосвязи термического сонротивлеиия и геометрии асимметричных отсеков Теплозащитные пакеты с асимметричными отсеками расширяют возможности регулирования теплозащитных свойств одежды. Асимметрия отсеков достигается за счёт различных размеров слоев ткани между строчками простегивания. Применение таких отсеков позволяет увеличить толщину пакета, сократить изменение продольных размеров заполненных отсеков, способствует экономии перо-пухового сырья. Кроме того, применение асимметричных пакетов даёт возможность разнообразить модельно-конструкторские варианты утепляющей одежды.

Рассмотрим сечение асимметричного отсека, показанного на рисунке 2.15. В плоском асимметричном отсеке П1ирины материалов между строчками простёгивания с одной и с другой стороны связаны равенством ^ 2 = к ^ 1, к ^ 1 (Рис2.15).

Введём следующие обозначения:

R| - термическое сопротивление верхнего полуотсека;

R2 - термическое сопротивление нижнего полу отсека;

R^cM - термическое сопротивление всего асимметричного отсека;

а и rj - угол и радиус, определяющие геометрию верхнего полуотсека;

Р и Г2 - угол и радиус, определяющие геометрию нижнего полуотсека;

2а- расстояние между строчками простегивания (ширина заполненного отсека).

2а Рисунок 2.15 - Сечение асимметричного отсека Общее термическое сопротивление теплопередаче теплопроводностью асимметричного отсека RacM. = ^ 1 + ^ 2 Для однозначного описания геометрии отсека необходимо установить взаимосвязь между коэффициентом асимметрии к и углами а и |3. Примем ^1=1, тогда -^2-к. Для рассматриваемого отсека i\-jx\, ^'2=Рг2=к.

Угол и радиус, определяющие геометрию верхнего полуотсека, связаны равенством r^ = — т — ^. Угол и радиус, онределяющие геометрию нижнего sm(a/2j полуотсека, связаны равенством Г = — т — г. Тогда о sin(p/2) а ^ sin(a/2)~ sm(a/2)^ksin((3/2) ^= к sm(p/2) sin(p/2) 1 sm(a/2) Полученное уравнение — = ^не решается в явном виде р к а относительно Р. Возможно нриближенное решение нутем разложения sin(p/2)B ряд Маклорена 2 2-^3! 2^5!

Из четырёх решений уравнения выбирается одно, удовлетворяюш;

ее условию - О Р 2л/2 ка[ 5ка - V60kasin(a/2) Р.

ка Для практических расчетов возможно использование метода номограмм. Для решения методом номограмм нами ностроены графики зависимостей а 1,1-а 1,2-а 1,3-а 1,4-а 1,5-а sm(a/2)' sin(a/2)' sin(a/2)' sm(a/2)' sm(a/2)' sm(a/2) с использованием пакета математических программ Maple, показанные на рисунке 2.16.

По любому значению угла а и заданному к можно графически определить р по пересечению горизонтали с рассматриваемой кривой. Зная геометрию нижнего и верхнего полуотсеков находится термическое сопротивление асимметричного отсека но формулам, нолученным в этой главе.

= 1,5 к=1,4 к= ка sin(ay2) \ Р_ sm(p/2) 2, 2, 2, 2, (а, р), рад 0,5 1,0 1,5 А 2,0 2, а.;

Рисунок 2.16 - Решение методом номограмм 2.4 Аналитическое исследование взаимосвязи высоты слоя утенлителя и его нлотности Плотность неро-пухового утенлителя оказывает влияние на геометрию отсеков тенлозащитных накетов. Введение накетов с вертикальным нростегиванием, в которых высота слоя («столба») перо-нухового утенлителя может быть равна одному метру, определяет необходимость исследования изменения нлотности утенлителя но высоте.

Как было установлено в результате предварительных экспериментальных исследований, увеличение массы наполнителя в вертикальной емкости нелинейно увеличивает высоту нанолнителя.

Нелинейность связи этих показателей может быть объяснено объемной деформацией [27, 28].

Для аналитического исследования зависимости изменения нанряжения (давления) от высоты столба нримем следуюгцие допущения: свойства перо пуховой композиции однородны но всему объему исследуемой массы;

диаметр вертикального цилиндра, условно выделенного в слое неро-пуховой композиции, в несколько раз превышает максимальный размер пушин и перьев. Расчетная схема условного цилиндра с перо-пуховой композицией представлена на рисунке 2.17. Для удобства представления результатов ось h направлена вниз от верхней границы заполненного цилиндра.

Если давление на высоте h равно а, то на высоте h+dh оно равно а + da (dh О, da 0). Разность а и а + da равна приросту давления в перо-пуховой композиции при изменении высоты столба на dh.

В этом случае (a(h)+da)-a(h)=p(h)gdh, (2.8) где p(h) - плотность утеплителя на высоте h (величина dh настолько мала, что при изменении высоты в этом пределе плотность утеплителя можпо считать постоянной);

g - ускорение свободного падения.

Раскрыв скобки в уравнении (2.8), получим da = p(h)gdh. (2.9) При h = О плотпость перо-пуховой a+da композиции равна насыпной плотности р(0) = ро, а давление а(0) = ао = 0. При возрастании величины h перо-пуховая композиция будет деформироваться давлением, создаваемым вышележащими Рисунок 2.17 - Расчетная слоями. Плотность в сечении с схема условного цилиндра с координатой h можно определить по перо-пуховой композицией формуле p(h)==po/(l-s(h)). (2.10) На основании экспериментальных исследований установлено, что при а 100 Па s(h) = a(h)/K (где К - модуль объемной упругости. Па) [92].

Подставим это выражение в (2.10), а (2.10) в (2.9). Тогда da. (2.11) Pog После интегрирования (2.11) получим Pog Решение (2.12) удовлетворяет следующим начальным условиям:

при h = О а(0) = 0.

Решая (2.12) относительно давления, получим ti. (2.13) Выбираем второе решение со знаком « - », которое удовлетворяет начальным условиям. На основании полученных зависимостей определяется p(h). Разделив p(h) на ро, получим относительное изменение плотности перо пуховой композиции в зависимости от координаты «h»

p(h) к котн 2 - 2Kpogh На рисунке 2.18 показано влияние высоты столба перо-пуховой композиции на относительную плотность и давление. Величина модуля объемной упругости К = 172,41 Па рассчитана исходя из принятых допущений характера деформации перо-пуховой композиции при малых давлениях. Для сравнения приведена линейная зависимость взаимосвязи высоты столба и напряжения при p(h) = ро = const (пунктирная линия).

Как видно из расчетных значений относительной плотности, приведенных на рисунке 2.18, взаимосвязь между высотой столба и рассматриваемым показателем носит нелинейный характер. Увеличение плотности перо-пухового утеплителя ведет к увеличению расхода материалов и снижает уровень качества готовых изделий.

Полученные зависимости позволят оптимизировать геометрию отсеков теплозащитных пакетов, прогнозировать расход ценного утеплителя при проектировании пуховой одежды.

Относительная Давлен! re. Па плотность p(h)/p 1,0 1,2 1,4 1,6 1,: 0 20 40 60 olr • c(h) при p=p(h) \ 0, 0, 1, \ 1, — 2, Рисунок 2.18 - Влияние высоты столба перо-пуховой композиции на относительную плотность и давление Выводы 1. Аналитическое исследование теплопередачи теплопроводностью через пакет заданной площади, представленный в виде плоской и цилиндрической стенок, позволило установить характер изменения термического сопротивления этого пакета в зависимости от толщины пакета и радиуса цилиндрической стенки. Представление пакета в виде цилиндрической стенки приводит к повышению расчетных величин его термического сопротивления относительно плоской стенки.

2. В результате аналитического исследования «цилиндрических стенок сложной поверхности», полученных огибанием простеганных пакетов вокруг цилиндров, установлено соотношение площадей внутренней и внешней поверхностей. Величина соотношения больше единицы. Эта величина стремится к единице при стремлении к нулю величины центрального угла, характеризующего геометрию отсека, и стремлении к бесконечности радиуса цилиндра. Полученное соотношение позволяет прогнозировать величины термических сопротивлений теплопереходам поверхностей сложной цилиндрической стенки.

3. Исследование теплопередачи теплопроводностью через отсеки теплозащитных пакетов позволило получить аналитические выражения для изотерм и линий теплотока. Доказано, что линии тока - это семейство окружностей.

4. На основании результатов аналитических исследований характеристик теплопередачи получены выражения для расчетов термических сопротивлений симметричных и асимметричных отсеков теплозащитных пакетов. Использование полученных формул, учитывающих характер теплопередачи в стенке сложной геометрии, позволяет производить расчеты термических сопротивлений и толщин пакетов в процессе проектирования теплозащитной одежды.

5. Исследование физико-механических свойств перо-пухового утеплителя показало, что высота слоя утеплителя влияет на изменение его плотности. Получено аналитическое выражение для определения плотности утеплителя в зависимости от высоты слоя, что позволяет выполнять точные расчеты геометрии отсеков теплозащитных пакетов и прогнозировать расход ценного утеплителя при проектировании пуховой одежды.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО - ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ НАКЕТОВ И ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЕРО-НУХОВОГО УТЕНЛИТЕЛЯ 3.1 Теоретическое обоснование методики эксперимента но исследованию влияння геометрии отсеков на термическое сонротивленне Для обоснования методики экснеримента по определению термического сопротивления необходимо рассмотреть общие закономерности теплопередачи через сплошные тела и особенности тенлопередачи через пористые тела. Вопросы теплопередачи теплопроводностью через сплошные тела рассмотрены в 1-ой и 2-ой главах настоящей работы.

Рассмотрим процесс теплообмена на границе «твердое тело воздушная среда». По границе контакта поверхности твердого тела с воздухом тепловая энергия твердого тела путем теплопроводности передается соприкасающемуся тонкому слою воздуха. Нагретая прослойка воздуха в силу уменьшения плотности поднимается вверх, уступая место холодному воздуху. Движение воздушных прослоек сопровождается их перемешиванием и передачей тепла. Интенсивность движения определяется многими физическими характеристиками - градиентом температур, вязкостью воздуха, коэффициентом объемного расширения, геометрией границы контакта с твердым телом и др.

При естественной конвекции отдача тепла нагретым телом определяется законом Ньютона qj^ =а]^АТ(где q^ — нлотность теплового потока;

ак - коэффициент теплоотдачи конвекцией;

ЛТ - температурный градиент). Явления естественной конвекции характеризуются следующими критериями:

критерием Нуссельта Nu = критерием Грасгофа Gr = (3g—AT, V критерием Прандтля Pr = via, где L - характерный (определяющий) размер тела;

Р = l/Tg - коэффициент объемного расширения газов;

g - ускорение свободного падения;

v - вязкость газа;

а - коэффициент температуропроводности [42, 74, 79, 86, 87, 101, 109].

Общая зависимость от различных факторов выражается а^ критериальным уравнением Nu = F(Gr*Pr).

Уравнения теории подобия позволяют распространять данные единичных опытов на другие группы подобных явлений. Общая зависимость коэффициента теплоотдачи тел с одним определяющим размером выражается формулой Nuj^ = C'(Gr • Pr)|^ (где Сип - эмпирический коэффициент и показатель степени). Индекс ш показывает, что значения физических параметров газа следует выбирать для средней температуры.

Различают четыре закона теплообмена при естественной конвекции, соответствующие четырем режимам движения среды.

1. Пленочный (Num = 0,5), при котором у поверхности тела режим сохраняется пограничный слой в виде почти ненодвижнои пленки нагретого газа. Интенсивность теплообмена очень мала. Такой режим движения среды может наблюдаться, например, вокруг тела с плавными изменениями поверхности при небольших температурных напорах. Теплообмен обусловлен явлениями теплопроводности.

2. Закон 1/8 степени соответствует ламинарному режиму движения газа. Интенсивность теплообмена незначительна. Такой режим движения типичен для среды, омывающей тонкие проводники.

3. Закон соответствует интенсивному ламинарному и 1/4 степени локонообразному движению газа. Интенсивность теплообмена больше, чем в предыдущем случае. Такой режим движения наблюдается около плоских и цилиндрических тел средних размеров, плоских ребер нагревательных приборов и др.

4. Закон 1/3 степени соответствует вихревому движению газа, нри котором теплообмен происходит очень интенсивно. Анализ формулы Nujj, = C'(Gr • P r ) ^ в этом случае приводит к выводу, что размер тела существенно не влияет на интенсивность процесса. Такой режим движения наблюдается около тел больших размеров [41, 42, 74, 84, 85, 86, 87, 116,117].

На практике для расчетов ак тел простых конструкций обычно используются рабочие формулы.

При теплоотдаче от плоских и цилиндрических поверхностей ак рассчитывают по одной из приведенных ниже формул, в зависимости от закона движения среды, который устанавливается по неравенству Если неравенство удовлетворяется, то движение газа подчиняется закону 1/4 степени. В противном случае теплообмен подчиняется закону 1/ степени.

При теплообмене, подчиняющемся закону 1/4 степени, ак рассчитывается по формулам:

- для вертикально ориентированной поверхности высотой L или цилиндра диаметром d - для горизонтально ориентированной поверхности с верхней нагретой стороной - а]^ = 1, 3 A 2 ^ ( T I - T 2 ) / L (где L - длина меньшей стороны поверхности);

- для горизонтально ориентированной новерхности с нижней нагретой стороной - ак =0,704А2^р\-T2)/L.

В коэффициент Аг входят все физические параметры среды При теплообмене, подчиняющемся закону 1/3 степени, ак рассчитывается по формулам:

- для вертикально ориентированиой поверхности, цилиндрической поверхности и сферы aj^ = ^ з ^ Т ! - Т2 ;

- для горизонтально ориентированной поверхности с верхней нагретой стороной а^ - 1,ЗАз^Т| - Т2 ;

- для горизонтально ориентированной поверхности с нижней нагретой стороной а]^ =0,70Аз^Т| -Т2.

В коэффициент Аз входят все физические параметры среды Аз = 0, Анализ приведенных формул показывает, что геометрические размеры тел имеют наибольшее влияние на ак при теплообмене, подчиняющемся закону движения 1/8 степени. Меньшее влияние они оказывают на ак при теплообмене, подчиняющемся закону движения 1/4 степени, а в формулах для вычисления ак при теплообмене, подчиняющемся закону движения 1/ степени, геометрические размеры тела не присутствуют. Формула - Т2 может быть использована для вычисления при теплоотдаче от тел разной формы [74, 82, 83, 84, 116,117].

Теплоотдача вынужденной конвекцией. Тепловоспринимаюш;

ий газ при теплообмене вынужденной конвекцией движется со скоростью V и омывает внешнюю поверхность теплоотдающего тела. Эта скорость в потоке остается неизменной и только у поверхности тела резко изменяется.

Интенсивность теплоотдачи вынужденной конвекцией зависит от характера движения среды: ламинарного, турбулентного или переходного. Последний имеет небольшое значение, так как ламинарное движение практически сразу переходит в турбулентное при достижении критической скорости движения среды.

Коэффициенты теплоотдачи при вынужденном движении среды обычно определяются физико-математическим и экспериментальным исследованиями явления теплоотдачи и в общем виде представляются в виде зависимости критериев Нуссельта Nuf =a^/?i.f, Рейнольдса Ref ==V^/vf и Прандтля Prf=Vf/afИЛИ Рг^д ^V^/U!,;

,^ (где указанные параметры рассматриваются при температурах среды " f или стенки "со";

i - длина тела в направлении потока;

V - скорость потока).

Переход от ламинарного движения к турбулентному определяется критическим значением критерия Рейнольдса.

При движении газа вдоль плоской стенки в неизотермических условиях ReKp = 4* 1 о"*. Очевидно, что при омывании газом неплоских стенок тела, Яекр имеет меньшую величину, которая может быть определена.

При ламинарном движении воздуха соотношение критериев принимает вид (3.1) За определяющую температуру в формуле принята температура набегающего потока, а за характерный размер - длина i теплоотдающей по верхности тела но направлению нотока. Влияние физических свойств воздуха учитывается параметром Ргг.', а влияние нанравления теплового потока к отдающей поверхности и температурного напора - соотношением Для воздуха, имеющего температуру О- 1000°С, можно считать Ргщ = 0,70;

Рг^^'"^^ = 0,86 и Перед расчетом коэффициента теплоотдачи находят критерии Ref, Prf и Ргщ. Если критерий Ref меньше RefKp, то по формуле (3.1) паходят Nuf. Далее вычисляют коэффициент теплоотдачи aj^ = Nuf ?if /I.

При турбулентном движении при значениях критерия Рейнольдса, превышающих критическое или равных ему \Ref 4'10 j, критериальное уравнение теплоотдачи во внешнюю среду имеет вид ^0, Pr.

Уравнение теплоотдачи в воздух принимает более простой вид Nuf =0,032 Re J'^^. (3.2) Определяющая температура и характерный размер те же, что и при ламинарном движении.

Зная критерий Nuf, определяют коэффициент теплоотдачи 0!^.

Если принять за характерный размер длину обтекания тела Ьобт (рисунок 3.1), то критерии Нуссельта и Рейнольдса примут вид При критерии Рейнольдса (10 Rei.o&, Ю^) критериальное уравнение теплоотдачи тел, омываемых поперечным потоком воздуха, с погрешностью не более 20% может быть написано в виде NULO6T =0,8(Rei.o&r)'^'^ Далее, зная критерий NuLo&r, находят о^^.

Рисунок 3.1 - Определение характерного размера Оценка а^ Естественная образца при естественной конвекции.

конвекция воздуха в закрытых помещениях осуществляется при температурах Т, = 30°С, Т2 = 20 °С, ДТ = 30 - 20 = 10 °С.

Условно определяющий размер - 0,15 м.

В этом случае показатель (840/0,15)^ = 17,5Л0'^ 10 выше возможной минимальной абсолютной величины температурного напора. Изложенное указывает, что теплоотдача модели отсека естественной конвекцией в рассматриваемых условиях подчиняется закону 1/4 степени.

По формуле для горизонтально-ориентированной поверхности с нижней нагретой стороной aj^ = 0,704А2 ^(Т^ - ^2 )/L находим = 0,704 • 1,38 • ф 0 - 2 0 ) / 0, 1 5 = 3, Оценка величины oi^ модельных образцов отсеков теплозащитной одеж^ды при вынужденной конвекции воздуха. Предположим, что модельный образец со всех сторон омывается потоком воздуха, который можно считать поперечным. Примем в качестве характерного размера образца Ьобт = 0,18 м.

Температура окружающего воздуха Тг = 20°С, скорость движения воздуха V=l м/с. Основные параметры воздуха для этих условий Xf= 0,026 Вт/(м*°С);

Vf = 15,06 • 10"^ м^/с.

Критерий Рейнольдса ReLo6T=VLo6T/vf= 1-0,18-10^15,06 = 1,19- Так как ReLo6T10^, критериальное уравнение теплоотдачи тел, омываемых поперечным нотоком воздуха, с погрешностью не более 20% может быть написано в виде NULO6T ~ 0,8 (ReLo&r)' = 0,8 • д/1,19 • 10 = 27,6.

Определим оценочное значение коэффициента с^ ак = NufXf/Ьобт = 27,6 • 0,026/0,18 - 3,98 « 4,0 BT/(MVC).

3.2 Экспериментальное исследование влияния геометрии отсеков накетов на термическое сопротивление Методика эксперимента разработана на стандартной основе испытаний образцов материалов легкой промышленности [7, 46, 102, 110]. Суть методики заключается в измерении времени остывания пластины (ядра) прибора в заданном интервале перепадов температур, расположенной между образцом и теплоизолятором.

Модель образца отсека теплозащитного пакета вынолнена из вспененного полистирола, теплофизические характеристики которого близки к соответствующим характеристикам материалов легкой промыщленности {1^ 0,037 Вт/(м °С), С = 1780 Дж/(кг На рисунке 3.2 представлена геометрия моделей отсеков теплозащитных пакетов, а на рисунке 3.3 показаны образцы исследованных моделей.

2а Рисунок 3.2 - геометрия моделей отсеков теплозащитных накетов Рисунок 3.3 - Образцы моделей отсеков теплозащитных пакетов Выбор геометрических характеристик моделей строился на необходимости учета формы отсеков при одинаковой толщине. Равная толщина моделей обеснечивает равные теплопотери на рассеяние тепловой энергии в процессе измерения термического сонротивления различных моделей. На основании приведенных предноложений определена максимальная толщина отсека, равная 40 мм. Средневзвешенная толщина при этом изменяется в пределах 27 - 31 мм.

Геометрические характеристики моделей отсеков теплозащитной одежды приведены в таблице 3.1.

Таблица 3. Геометрические характеристики моделей отсеков теплозащитной одежды 2а, ^0, "срв, г, мм а, рад J 2 п/п V мм мм мм мм ^ 1 26, 40,0 3,14 80 126 31,4 0, 0, 2 55,6 143 0,206 26, 2,57 106,7 0,280 29, 3 60 2,46 113 148 0,270 29,2 0,197 26, 4 100 1,85 0,151 26, 160 185 0,216 28, 150 26, 5 204 224 0,179 27,5 0, 1, 6 200 0,156 27,3 0,106 26, 240 1, 7 340 320 333 0,120 27,0 0,081 26, 1, Экспериментальные исследования проводились на приборе, принципиальное устройство которого показано на рисунке 3.4. Стальная плита (ядро) 2 с двумя продольными пазами после равномерного нагревания помещается на теплоизолирующее основание 5. На плиту помещается модель отсека 1. Для теплоизоляции боковых поверхностей используется специальная рама 4, которая ограничивает теплоотдачу от торцевых и боковых поверхностей ядра и модели отсека.

Продольные пазы в ядре выполняют функции теплоизолирующего слоя. Основная теплоотдача происходит через центральную часть испытуемой модели. Участки ядра, отделенные от центральной части пазами, отдают тепло через боковые части и боковые поверхности модели. Таким образом, выделение боковых частей ядра теплоизолирующими пазами позволяет снизить уровень теплопотерь на рассеяние центральной части модели отсека.

Для исследования влияния скорости воздуха на изменение термического сопротивления используется вентилятор и направляющий раструб (кожух). Скорость воздушного потока измеряется крыльчатым анемометром АСО-3. На рисунке 3.5 приведен общий вид прибора.

I - 11ора-)ец. 2 -ашггп (яд|Х1), Я - ш !.

-I - тепчотоляти ооковых поверхностей.

5 - 1е1по1по.т1яш1я о с н о в т и и Рисунок 3.4 - Устройство экспериментального прибора для исследования термического сопротивления отсеков Рисунок 3.5 - Общий вид экспериментального прибора для исследования термического [ сопротивления отсеков Экспериментальные исследования проводились по методу регулярного теплового режима при постоянной температуре окружающего воздуха [69, 70]. Интервал перепадов температур между ядром и окружающим воздухом составлял 45 - 55 ''С. Температуры ядра, поверхности пакета и окружающего воздуха измерялись термопарами «хромель-копель». Сигнал от термопар после усиления подавался на универсальный цифровой вольтметр В7-16А. Ядро равномерно нагревалось до температуры 85°С [89].

Для выравнивания температурного поля ядро охлаждается в приборе до перепада температур с окружающей средой 55 °С, после чего включается секундомер и фиксируется время охлаждения ядра до перепада температур 45 °С. Измерепия повторяются 3-4 раза для каждой модели отсека [43, 51, 55, 60]. Темп охлаждения образца вычисляется по формуле т= где m - темп охлаждения, с"';

- перепады температур, *^С;

Тер - среднее время остывания ядра в заданном интервале перепадов температур, с.

Суммарное тепловое сопротивление образца вычисляют по формуле О (\ где Ф - фактор прибора, Дж/(м С);

В - поправка на рассеяние теплового потока в приборе, с"';

Е = 3Ci/(3Ci + С2) - коэффициент;

К - поправка на рассеяние энергии при изменении толщины образца;

Cj - полная теплоёмкость пластины, Дж/ °С;

- полная теплоёмкость образца, Дж/ "^С.

Для расчета характеристик прибора были использованы следующие исходные данные:

- материал ядра - сталь (плотность р=:7,8-10 кг/м'^, теплоемкость С = 480 Дж/(кг*град), X = 45,4 Вт/(м*град)).

- материал исследуемых образцов вспененный полистирол (плотность р = 15кг/м^ ?1 = 0,037Вт/(м*град)), С = 1780Дж/(кг*град).

Поправка на рассеяние теплового потока в приборе установлена на основании результатов экспериментальных исследований термических сопротивлений плоских пластин толщиной 20 и 30 мм.

Полученные точки были обработаны (приложение) и нанесены на график аналитической зависимости. Сравнение результатов экспериментальных исследований с теоретическими выкладками показано на рисунке 3.6, из которого видно, предлагаемая методика расчета термического сопротивления удовлетворительно согласуется с теорией.

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3, Центральный угол а, рад Рисунок 3.6 -Результаты эксперимента 3.3 Исследование взаимосвязи высоты слоя утеплителя, геометрии отсеков и распределеиия плотности утеплителя по высоте отсеков При горизонтальном простегивании пакетов традиционно строчки располагают горизонтально на расстоянии 0,12-0,18 м в соответствии с техническими возможностями и исходя из художественно-эстетического решения готового изделия.

Конструкции пакетов с горизонтальным простёгиванием имеют ряд недостатков. В частности, возникают трудности при учёте изменений геометрии пакетов в процессе придании им объёмно-пространственной формы - изменяются продольные и поперечные размеры, увеличивается толщина. Горизонтальные линии простёгивания зрительно увеличивают объём фигуры [27, 28].

Влияние этих недостатков можно значительно снизить при использовании пакетов с вертикальным нростёгиванием. В этом случае объёмно-пространственная форма теплозащитных пакетов создаётся при их изгибании в области строчек простёгивания. Строчки простёгивания выполняют роль своеобразных осей, относительно которых происходит угловое смещение смежных отсеков.

С целью разработки рекомендаций по практическому использованию конструкций пакетов с вертикальными линиями простегивания, проведены аналитические и экснериментальные исследования характера изменения плотности перо-пухового наполнителя, помещенного в вертикальные цилиндры.

Установление взаимосвязей между размерами отсеков пакетов с вертикальным простегиванием, физико-механическими характеристиками перо-пухового наполнителя и изменением плотности наполнителя по высоте слоя перо-пухового утеплителя позволяет оптимизировать конструкции тенлозащитных пакетов дает возможность обоснованного подбора величины шага простегивания.

Исследование геометрии вертикальных отсеков на различных уровнях (рисунок 3.7) проводилось на модифицированном трёхкоординатном стенде, разработанном и изготовленном на кафедре ТШИ и М). Результаты обрабатывались методами регрессионного анализа с использованием прикладных математических программ MAPLE [65, 66] тремя регрессионными зависимостями: цепной линией, эллипсом и окружностью.

При этом получены следующие величины коэффициентов корреляции:

для цепной линии - 0,9908;

для эллипса - О, 9786;

для окружности - 0,9856 [2].

В Рисунок 3.7 - Исследование геометрии вертикального отсека Результаты экснериментальных исследований геометрии отсеков пакетов с вертикальным нростегиванием показали, что при расчетной плотности наполнения отсеков 3,5 - 4,5 кг/м^ происходит оседание перо пуховой массы в нижнюю часть отсека. Верхняя часть отсека при этой расчетной плотности заполнения остается пустой. Увеличение расчетной плотности заполнения до 5-7 кг/м^ позволяет ликвидировать пустоты в верхней части отсека, но неравномерность заполнения составляет 1,1 -1,15.

Неравномерность заполнения определялась отношением плотности заполнения нижней части отсека к плотности заполнения верхней части отсека. Размеры отсеков до заполнения перо-пуховой массой 660x150 мм. На исследуемом образце обрабатывалось три отсека. Заполнение отсеков выполнялось после простегивания. Плотность заполнения определялась на участках отсеков, длиной 100 мм, с отступлением от верхней и нижней границ на 50 мм для компенсации влияния концевых эффектов (рисунок 3.8) Рисунок 3.8 - Размеры экспериментального образца Результаты экспериментальных исследований по изменению плотности перо-пухового утеплителя по высоте отсеков хорошо согласуются с теоретическими расчетами.

3.4 Оценка оптимальности геометрии пакетов с объемными несвязными утепляющими материалами Оптимальность геометрии отсеков пакетов теплозащитной одежды можно определить из затрат на производство пакета единичной нлощади.

Пакетом оптимальной геометрии будет пакет, который обеспечивает заданный уровень качества при минимальных затратах. Одним из определяющих критериев уровня качества тенлозащитных пакетов является термическое сопротивление пакета.

Для оценки стоимости затрат на материалы и производство пакетов заданного уровня качества возможно использование условных единиц. Как было показано в [28], в качестве условной единицы стоимости принята С О М С Ь единицы объёма перо-пуховой массы, удельный вес которой ТИ ОТ составляет 3 кг/м^ В качестве единицы объёма принят объём куба, сторона которого равна расстоянию между строчками простёгивания пакета до его заполнения объёмным несвязным утеплителем.

Введем следующие обозначения:

— Цу.отс -о - цена единицы объёма утеплителя при плотности ро;

— Цтс(фо) - стоимость единицы термического сопротивления пакета единичной площади;

— Ро - "насыпная" плотность утеплителя (плотность утеплителя в свободном состоянии Ро =3 кг/м^);

— Цм - цена единичной площади материалов оболочки;

— Цн.стр - цена ниток, расходуемых для строчки единичной длины;

— Цтэ.стр - цепа трудо- и энергозатрат на выполнение строчки единичной длины;

— SoTc - площадь поперечного сечения отсека;

— LcTp- длина строчки простегивания;

— \Утэ.огс - величина (объем) трудо- и энергозатрат на формирование и обработку одного отсека единичной длины;

— Цтэ.отс - цепа трудо- и энергозатрат на формирование и обработку отсека единичной длины;

— Ci - стоимость i-тых затрат на производство отсека единичной длины.

Удельный вес объёмного несвязного утеплителя изменяется в зависимости от физико-механических свойств материалов оболочки и самого утеплителя. Влияние угла фо и параметра В/К (В - жесткость материалов оболочки, К - модуль упругости) проанализировано в [27, 28]. На основании аналитических и экспериментальных исследований установлено, что изменение объемной деформации утеплителя в отсеке можно определить по формуле (3.3) В этом случае стоимость утеплителя, необходимого для производства одного отсека единичной длины будет равна Су. отс(фо)=Цу.отс(фо)' Цу.отс-0 V Объем отсека можно определить как Для изготовления отсека единичной длины необходимо затратить • материалов оболочки общей площади - SM=2;


• выполнить продольную и поперечную строчки общей длины • произвести трудо- и энергозатрат на формирование и обработку отсека - \тэ,отс=2.

На основании анализа и обобщения данных предприятий по производству теплозащитной одежды с объёмными утепляющими материалами приняты следующие усреднённые показатели относительных цен в условных единицах: Цу.отс-о =1,000;

Цм.отс =0,20;

ЦЫ.СТР =0,009;

ЦТЭ.СТР =0,002;

Цтэ.отс=0.002.

Подставив в формулу (3.4) Цу.огс-о =1,00, аналитические выражения объема отсека единичной длины (3.5) и величины объемной деформации (3.3), получим стоимость утеплителя г. г\ фо-8ш(фо)соз(фо) *-У. ОТС 1ФО ) = V Общую стоимость материальных, трудовых и энергетических затрат на изготовление отсека единичной длины найдем как сумму поэлементных затрат Смтэ.отс = Z^i =Су.отс i=l + + Ьстр(Цтэ.стр + Цн.стр)+ Обпдая стоимость производства пакета единичной площади будет равна ОТС • ФО (3.6) Фо + 0, ш(фо)' sin Рассмотрим теплопередачу теплопроводностью через пакет единичной площади. Как было показано во второй главе (пп. 2.2.3, форм. 2.7) термическое сопротивление этого пакета равно О \|/'(х) dx R =-i (3.7) A J г • arctg(a/u), - (обозначения приведены во второй главе).

В этом случае, разделив (3.6) на (3.7), получим стоимость единицы термического сопротивления (для удобства расчетов выражение (3.7) аппроксимировано кубическим полиномом (3.8) 0,232-pQ-0,010 •Po+0,338-Po (полное выражение не приводится в связи с его громоздкостью) На рисунке 3.9 показано влияние угла Ро и параметра В/К на стоимость единицы термического сопротивления Cjc (для качественной оценки выражения 3.8 коэффициент теплопроводности X принят равным единице).

(BK)-IO Po- рад Рисунок 3.9- Влияние угла (So и параметра В/К на стоимость единицы термического сопротивления Из результатов расчетов, приведенных на рисунке видно, что стоимость затрат снижается с увеличением угла (Зо при малых величинах параметра В/К. Возрастание параметра В/К ведет как к увеличению стоимости, так и к изменению характера взаимодействия рассматриваемых показателей.

Использование в качестве утеплителя перо-пуховой массы в целом определяет величину модуля объемной упругости К. Следовательно, управляемое воздействие на стоимость единицы термического сопротивления возможно за счет подбора материалов с минимальным значением показателя жесткости или выбором оптимального угла j3o в интервале 1,2 - 1,8 радиан. Также возможны различные варианты конструктивного решения отсеков пакетов теплозащитной одежды.

Выводы 1. Анализ различных способов исследований термического сопротивления позволил обосновать методику экспериментальных исследований и разработать экспериментальный прибор.

2. В результате выполнения серии экспериментальных исследований установлено, что форма поперечного сечения вертикальных отсеков может быть описана кривыми второго порядка. Коэффициент корреляции при описании горизонтальных сечений дугами окружностей составляет 0,985.

3. На основании аналитических и экспериментальных исследований установлена зависимость деформации и изменения плотности объемного утеплителя от высоты его слоя в горизонтальных и вертикальных отсеках.

Результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с теоретическими выкладками.

4. На основании результатов экспериментально-теоретических исследований и обобщения данных предприятий по пошиву теплозаш,итной одежды установлена взаимосвязь между геометрией отсеков и стоимостью производства. Анализ характера этой взаимосвязи позволил определить оптимальную геометрию отсеков, которая характеризуется центральным углом (1,2-1,8) радиан.

4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКТА ОДЕЖДЫ Вопросы теоретического обоснования порядка расчёта теплозащитной одежды с объёмными материалами рассмотрены в первой и второй главах, где показаны особенности зависимости термического сопротивления от геометрии пакета. Методика проектирования подобной одежды должна строиться исходя из требований, которым должно удовлетворять разрабатываемое изделие.

Основными требованиями к теплозащитной одежде является защита от комплексного воздействия пониженных температур, ветра и влажности окружающей среды. Поэтому одним из первых этапов проектирования теплозащитной одежды является термофизиологический расчёт теплового сопротивления и определение средневзвешенной толщины теплозащитного пакета. При термофизическом расчёте учитываются теплотворные возможности организма человека, зависящие от половозрастных признаков и степени физической нагрузки, а также воздействие охлаждающих факторов окружающей среды.

Совместный учёт этих факторов является сложной задачей, требующей использования достижений в различных областях науки, техники и производства. Использование в одежде объёмных несвязных утеплителей обуславливает необходимость деления деталей на отсеки, что оказывает существенное влияние на процесс конструирования и изготовления изделия.

Например, расчет конструкции изделия должен производиться по максимальным размерам, а, не учитывая толщину теплозащитного пакета по усредненным показателям. Расстояние между строчками простегивания влияет на деформацию отсеков теплозащитных накетов и может изменять их размеры до 20-25%. От степени заполнения отсеков объемными утеплителями зависят физико-механические свойства теплозащитных no пакетов: жесткость на изгиб, способность к восстановлению исходных размеров после деформации сжатия.

4.1 Конструкторско-технологическая проработка модели В XXI веке интерес к пуховой одежде значительно расширился.

Одежда с утеплителем из пуха водоплаваюш,их птиц в северных климатических зонах России пользуется устойчивым спросом, но применима она и в наших климатических условиях. У нас изготавливаются практически все виды изделий верхней одежды. Особенно богат детский и подростковый ассортимент. Возросшие требования потребителей к качеству, комфортности, модности детской одежды предполагают и повышенные требования к дизайну, как одному из элементов качества. Основная эстетическая направленность детской одежды - воспитание у детей художественного вкуса, выявление индивидуальности ребёнка, расширение его творческих снособностей. Создание композиционно-целостных моделей детской одежды способствует достижению этих целей [11, 14, 15, 26,31].

Сегодняшние дети предпочитают «фирменную» стильную одежду. Они ценят известность и немедленное узнавание. Детям нравится выглядеть примерно так же, как все, отличаясь лишь оригинальными деталями, отделками, аксессуарами. Комфорт и оп]уш,ение заш;

иш;

ённости даёт функциональная пуховая одежда, которая и лидирует в детской моде.

Одежда оформляется накладными карманами, капюшонами и другими характерными модными деталями, ноявляется модная вышивка. Для украшения используются фирменные знаки.

В основу отбора модели в один поток положены два принципа:

-конструктивная однородность моделей (иснользовапие для семейства моделей одной конструктивной основы, унифицированных узлов и деталей);

-технологическая однородность изделий (примерно одинаковая трудоёмкость изготовления отдельных узлов и изделия в целом, одинаковая последовательность обработки и сборки узлов, однотипность методов Ill обработки, используемого оборудования и режимов его работы;

однородность семейств используемых для моделей материалов) [11,31].

Предлагается модель детского пальто с перо-пуховым наполнителем.

Это пальто детское зимнее из ткани светлых тонов. Пальто укороченное, прямого силуэта с центральной застёжкой-молнией.

Перед, спинка и рукава с вертикальными линиями простёгивания.

Впереди расположены вертикальные прорезные карманы листочка.

Конструктивно-декоративными элементами являются шлёвки, расположенные впереди и на спинке по линии талии.

Рукав одношовный с отделочными патами.

Капюшон с втачным натуральным мехом, пристёгивается на семь кнопок.

Пояс и шлёвки завязываются с помощью выстроченных завязок.

Подкладка приточная.

Отделочная строчка проходит по входу в карман, шлёвкам, патам, поясу, капюшону и бортам.

4.1.1 Термофизиологический расчет теилозащитиой одежды Чтобы обеспечить требуемое тепловое состояние организма человека, тепловое сопротивление одежды бытового назначения должно соответствовать конкретным условиям её эксплуатации. В связи с этим при проектировании зимней бытовой одежды целесообразно исходить из климатического районирования территории бывшего СССР, проведённого для целей гигиены одежды [54].

Расчет теплозащитной бытовой одежды может быть произведен по методике ЦНИИШП [11].

Для этой методики исходными данными для термофизиологического расчета теплозащитной одежды являются:

1. Местожительство субъекта -4 климатическая зона.

2. Субъект - девочка 6,5 - 11,5 лет (64 размер (134-64-54), рост 134 см, масса М = 40кг).

3. Условия эксплуатации - температура воздуха t =-6 С, скорость В, ветра V = 8 V 4. Характер физической деятельности - ходьба по ровной местности со скоростью 3.2Щ^.

5. Время пребывания на холоде т = 1 час.

6. Степень охлаждения - балл теплоощущений 3 («слегка прохладно»).

7. Допустимый дефицит тепла - 2.72 ^ - ^ ^ [11, 64].

/ КГ Последовательность расчета необходимого суммарного теплового сопротивления одежды и её толщины.

1). По графику Дюбуа [39] или но таблице 1.4 [11,64] определяем площадь поверхности тела: S = S(pocT, масса) = 1,2 м.


2). Определяем теплопродукцию по формуле: Q =Q -TI\Q - Q j, где ц - термический коэффициент полезного действия;

О - величина основного обмена.

В нашем случае: Q =Q, т. к. т] = 0, из таблицы 1.2 термического коэффициента полезного действия при различных видах физической деятельности человека [16, 19, 20, 64] (ходьба по ровной местности со скоростью3.2^4/, или прогулка по городу в осенне-весеннее время года). Из / этой же таблицы энерготраты составляют 116.2Вт/м. Рассчитаем энерготраты в нашем случае: Q =116.2-1.2 = 139.44Вт.

3). При данном уровне энерготрат теплоощущению «слегка прохладно»

(Т„ = 3 ) соответствуют следующие физиологические показатели:

а) средневзвешенная температура кожи [64]:

Т -0.1559- э.тУ+43.169 3-0.1559-139.44/ +43. и / й /1.,Zi 1.413-0.00438.

31.0331С 0. D -М уд б) дефицит тепла в организме для данных энерготрат: D = — —.

X По таблице 2.8 [64] D =2.72^.

уд- кг ^ ^ 2.72-1000-40.._ Следовательно, D = = 30.2Вт.

4). Рассчитаем обш,ие теплопотери [58]:

Q +D =Q + D = 139.44 + 30.2 = 169.66 Вт ^т.п. э.т.

5). Найдем затраты тепла на нагревание вдыхаемого воздуха по таблице [64] для энерготрат равных 139.44 Вт: Q «8.5Вт.

дых.н.

6). Установим потери тепла испарением влаги с поверхности тела и верхних дыхательных путей. При охлаждении организма человека они составляют 20% обш;

их теплопотерь, то есть:

Q =169.66-0.2 = 33.9Вт.

исп.

7). Определим радиационно-конвективные теплопотери со всей поверхности тела:

Q =169.66-33.9-8.5 = 127.26ВТ =(Q +DI-Q -Q рад.кон. V т.п. исп. дых.н.

' А также тепловой поток с единицы поверхности тела (средневзвешенный):

Яс.п. = ^ ^ ^ = 106.05 «106 Вт/м^ 8). Рассчитаем необходимое суммарное тепловое сопротивление одежды в целом (средневзвешенное) исходя из средневзвешенной температуры кожи 31 С, температуры воздуха t =-6 С, и q =106^у м 9n R = 0.349 «0. сум. 106 Вт 9). Определим тепловой поток с поверхности туловища, который должен составлять 21,5 % общего теплового потока. Таблица 2,5 [64]:

106-21.5.^.

100-0.34 м^ где 0.34 - доля поверхности туловища.

Далее рассчитаем тепловое сопротивление одежды в области туловища:

_ t т. - t с р. _ 3 3 - ( - б ) _ м -"С R = 0.58^0. сум.тул. 67 Вт 'тул.

где t = 33 С соответствует допустимой степени охлаждения.

т.

10). Рассчитаем, каким суммарным тепловым сопротивлением должна обладать одежда при относительно спокойном воздухе (штиле) (R ), чтобы в реальных условиях (при воздействии ветра и движений человека) это тепловое сопротивление было равно 0,35 м. Тепловое сопротивление Вт одежды зависит при воздействии ветра от скорости воздушных масс (V) и воздухопроницаемости (В) материалов теплозащитной одежды.

На основании анализа литературных источников можно принять, что при скорости ветра 8у целесообразно использовать соответствующие /С материалы с воздухопроницаемостью не более 20—-— [11, 64]. В = 12—:г—.

м -с м -с 1.8-10 '^-В + 9.3- R сум.шт. сум. о 1.8-10""^-12 + 9.3-10"^ -8 м^-^С = 0. 0.35 + Вт 0. И). Устанавливаем по таблице 4.8 [64], что средневзвешенная толщина пакета материалов верхней одежды должна быть 11мм.

12). Определим, каким исходным тепловым сопротивлением должна обладать одежда в области туловища R ^ "^ сум.тул.шт.

Согласно рисунку 4.3 [64] при ветре 8 у и В = 12—т—, оно снизится /С Z м -с на26%,т.е. R ^'^ ^ ^ Вт сум.тул.шт.

Толщина пакета материалов, обеспечивающая эту величину, составляет по таблице 4.8 [64] 14.5 мм.

13). Рассчитаем толщину пакета материалов куртки в области туловища и толщину материалов, его составляющих.

Установим с этой целью перечень других предметов одежды, надеваемых ребенком:

летняя майка - 0.5 мм блузка - 0.5 мм шерстяной пуловер (свитер, жилет) - 2.5 мм 5 = 1 4. 5 - 0. 5 - 0. 5 - 2. 5 =11 (мм).

тул.

верхняя ткань - 0.5 мм подкладка - 0.5 мм.

В этом случае утеплитель должен иметь толщину: 11-0.5-0.5 = 10 (мм).

При выборе материалов оболочки теплозащитного пакета необходимо учитывать особенности перо-пухового утеплителя. Материалы верха должны иметь небольшое значение жёсткости, что определяет плотность перо пуховой массы в отсеках. В связи с тем, что увлажнение перо-пуховой массы снижает её релаксационные свойства, необходимо применение тканей с водоупорными пропитками или специальными отделками. Материалы оболочки утепляющего пакета должны обладать свойствами.

препятствующими миграции утеплителя, иметь низкую воздухопроницаемость (10-30—г—) [11, 64].

м -с 4.1.2 Обоснование выбора материалов Теплозащитный накет представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких слоев материалов различной структуры, назначения и свойств.

Теплозащитный пакет состоит из основной ткани, утепляющей прокладки, подкладки и прокладок [11, 28, 31, 33, 34 36].

К тканям, входящим в пакет, предъявляются требования, которые зависят от их расположения в этом пакете.

Подберём материалы в теплозащитный накет зимней одежды, утеплённой пухом.

Пух лёгок, мягок, унруг, гигроскопичен, обладает высокой теплозащитной способностью из-за большого количества воздуха, заключённого в рыхлой структуре пушин.

Совокупность этих свойств обеспечивает одежде гигиеничность и формоустойчивость [27, 28].

Пуховая одежда обладает устойчивостью к многократной химической чистке без снижения качественных показателей изделий.

Однако пуховой наполнитель обладает высокой воздухопроницаемостью и способпостью отдельных пушип мигрировать на новерхность изделия.

Поэтому для нодбора материалов в пакет такого изделия, прежде всего, необходимо определить требования, к основным свойствам материалов, используемых для данного ассортимента.

Материалы верха должны быть прочными, износоустойчивыми, с низкой воздухопроницаемостью, стойкими к воздействию света, загрязнению, отвечать эстетическим требованиям [11,28, 64].

С з^ётом специфических свойств перо-пухового наполнителя, к тканям верха для изделий с таким утеплителем предъявляют конкретные требования - лёгкость, нерастяжимость, устойчивость к истиранию, влагопроницаемости.

Поверхностная плотность материала верха - не более 180+Юг/ м, относительная плотность - 90 + 3%, коэффициент воздухопроницаемости - 6 Таким требованиям отвечают ткани из лавсановых и капроновых нитей с отделкой «лаке», ткани из лавсаново-текстурированных нитей, капроновые курточные материалы с полимерным плёночным покрытием.

Большое значение имеет правильный выбор подкладки. Она должна быть лёгкой, прочной, износостойкой, обладать высокой устойчивостью к сминаемости, трению, окраска должна быть устойчивой к воздействию пота.

Для уменьшения интенсивности миграции утенлителя рекомендуется применять вискозные и вискозно-ацетатные подкладочные ткани с плотностью нитей на 10 см по основе 500 и более, по утку - 300 и более, а также подкладочные ткани с полиэфирной нитью в утке.

Для устранения миграции составляюш;

их перо-пухового наполнителя на покровную ткань предусматривается специальная прокладка.

В качестве прокладки для утепляющего пакета рекомендуются ткани с воздухопроницаемостью до 12 дм /м и значительной плотностью [28, 64].

Для мелких деталей пухового изделия, таких как пояс, капюшон, планка и других, в качестве утеплителя можно использовать сиптетический материал, который не ухудшает теплозаш,итных свойств и внешнего вида изделия.

Пуховые изделия с использованием рекомендованных материалов можно подвергать машинной стирке нейтральными моюш:ими средствами при температуре 40°С и гладить лёгким прикосновением утюга при температуре 140-150V [11].

Прейскурантная характеристика выбранных материалов приводится в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Прейскурантная характеристика выбранных материалов.

Состав Пропитка Поверхности Ширина ткани, Название ткани ткани ткани ая плотность см.

Основная:

100%PL 175 г/м^ WRSIREPU JORDAN SILVER TACLAN24OT 100%PL 170 г/м^ WHITE Подкладочная:

100% х/б 90 г/ м^ TAFFETA 190Т Прокладочная:

100%PL 130 г/м^ спанбонд 4.1.3 Выбор и обоснование методнки конструирования и исходных данных Для разработки конструкции одежды для девочки типового сложения с размерами 134 - 64 - 54, изготавливаемой в условиях массового производства, предлагается использовать методику конструирования ЕМКО СЭВ [67, 68, 80].

ЕМКО СЭВ является универсальной и может быть использован для разработки одежды разных видов и покроев из различных материалов для массового изготовления одежды. Методика изготовления одежды научно обоснована. Для ее разработки использованы результаты антропометрических исследований населения стран - членов СЭВ, скульптурные эталоны типовых фигур и развертки поверхностей манекенов, комплекс научно-обоснованных прибавок и технологических припусков, расчетно-аналитический метод построения конструкций одежды.

ЕМКО СЭВ является перспективной, так как в ней изданы предпосылки для - разработки и внедрения унификации и стандартизации деталей одежды;

- для широкого применения вычислительной техники на этапе проектирования одежды;

- для внедрения новой техники, технологии и организации на базе единой методики конструирования одежды;

- для полного использования оборудования автоматического и полуавтоматического действия.

При построении конструкции одежды используют максимальное количество размерных припусков, что позволяет улучшить качество одежды.

Особенностью ЕМКО СЭВ является единый метод построения конструкций для всех видов одежды включаюш;

ий:

единую систему размерных припусков;

- единое распределение одежды по категориям с точки зрения конструкции;

- единые понятия и терминологии;

- единую символику цифровое обозначение конструктивных точек;

- единую систему и классификацию нрибавок;

единую структуру формул и последовательность построения конструкций одежды;

- единую конструкторскую документацию;

- единые основы конструирования одежды и новые конструкции для основных видов одежды;

- единые принципы градации.

В качестве исходных данных при проектировании модельной конструкции детской куртки с перо-пуховым утеплителем использовались размерные признаки фигуры девочки типового телосложения 134-64-54 в соответствии с ГОСТом. Расчет конструкции и значение основных параметров проектируемого изделия представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Размерная характеристика фигуры типового телосложения 1 3 4 - 6 4 - 5 4.

Величина Наименование измерений Условное обозначение 1 2 т, Рост Высота точки основания шеи 112. Высота линии талии 84. Высота остисто-подвздошной 76. Ts передней точки Высота коленной точки (чашечки) 38. Т Высота подъягодичной складки 61. Т, Обхват шеи 28. Т,з 66. Обхват груди первый Т, Обхват груди второй 67. Т, Обхват талии 54. Т, Обхват бедер с учетом выступа 74. Т, живота Обхват бедра 41. Т 28. Обхват колена Т Расстояние от линии талии до пола 85. Т сбоку Расстояние от линии талии до иола 85. Т спереди Длина пол по внутренней 64. Т поверхности 13. Обхват запястья Т Расстояние от точки основания шеи 36. Тз до лучевой точки 1 2 Расстояние от точки основания шеи 55. Тзз до линии обхвата запястья Расстояние от шейной точки до линии обхвата груди первого Тз спереди Высота груди 25. Т Длина талии спереди 38. Тзб Дуга через наивысшую точку 23. Тз плечевого сустава Расстояние от шейной точки до линии обхвата груди с учетом 15. Тз выступа лопаток Длина спины до талии с учетом 30. Т выступа лопаток Дуга верхней части туловиш;

а через 64. Т точку основания шеи 25. Ширина груди Т 28. Ширина спины Т 52. Обхват головы Т 26. Обхват подъема стопы Тз, 8. Передне-задний диаметр руки Т Для контроля Высота шейной точки 113. Т,о 72. Обхват бедер без учета выступа живота Т Обхват плеча 19. Т Ширина плечевого ската 11. Т Высота проймы косая 22. Тз 1 2 Высота плеча косая 34. Т4, Расстояние от линии талии сзади до 33. Т точки основания шеи Величины прибавок определяются рекомендацией на перспективный период ведущими моделирующими организациями и по результатам анализа и изучения моделей.

Прибавки представляются в таблице (Приложение 1). Они рассчитаны с учетом толщины слоев материалов детского пальто или куртки с перо пуховым наполнителем и даны в конструктивных точках и отрезках.

Толщина утенляющего пакета равна 1.0 см.

Конструктивные прибавки для построения конструкций были выбраны на основе системы прибавок, припусков и допусков ЕМКО СЭВ с учетом назначения изделия, силуэта, вида материала, количества и толщины нижележащих слоев одежды.

При расчете прибавок на пакет в качестве толщины утепляющего слоя использовалась максимальная толщина накета.

Прибавки с учетом утепляющего пакета к участкам конструкции представлены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Прибавки к участкам конструкции пальто для девочки.

Паименование прибавки Условное обозначение Величина (см) 1 11. Прибавка к пулуобхвату груди Пз,- 3. Прибавка к ширине спины Пз1-зз 1 2 2. Прибавка к ширине переда Пз5- 5. Прибавка к ширине проймы ПзЗ- Прибавка к полуобхвату талии 8. П411- 2. Прибавка на свободу проймы П11- Прибавка к длине спинки до 3. -1 -Iriop талии Прибавка к ширине горловины 2. П11- спинки Прибавка к высоте горловины 1. П12- спинки Расчёт на построение чертежа основы конструкции пальто или куртки для девочки представлены в приложении 3.

4.1.4 Разработка модельной конструкции Автоматизация этапов конструирования и моделирования одежды на индивидуального потребителя, в том числе выбор варианта силуэтных основ, конструктивного и композиционно-декоративного решения моделей, а также их изготовление с максимальным использованием современного оборудования, открывают широкие возможности в изготовлении конкурентно-способной высококачественной одежды.

Все это обеспечит творческий подход и тесный контакт заказчика и специалиста-консультанта при выборе модели и позволит заказчику получить полную информацию о будуш;

ей модели [18, 23,24,49, 57].

С глубокой древности человек искал меру красоты и гармонии. Ответ искал у природы и делал математические выкладки, которые с годами менялись. Основными критериями прекрасного, выработанными еще в античную эпоху, были категории меры, включающие в себя составные элементы - понятия симметрии, пропорциональности, ритма, и категория гармонии.

При проектировании одежды учитывается зависимость формы изделия от индивидуальных особенностей комплекции, возрастных особенностей, окружающей обстановки, эстетических требований общества.

Формы и пропорции отдельных частей тела человека имеют особое и важное значение. От этого зависит выбор формы изделия и его силуэта, фактуры и цвета материала. Одежда должна подчеркивать достоинства фигуры и скрывать, маскировать ее недостатки правильным выбором деталей, линий кроя.

Процесс формирования проектируемой модели отличается гибкостью и значительным разнообразием. Габаритные размеры основных деталей, а также форма и размеры композиционно-декоративных деталей не могут быть постоянной величиной внутри одной размерно-ростной и ассортиментной группы и зависят от влияния многих факторов, таких, как: требования моды, длина изделия и его объемность, свойство и цветовое решение используемых материалов.

Представлена модель детского пальто с перо-пуховым наполнителем (70% пуха, 30% пера).

Пальто детское зимнее из ткани светлых тонов (JORDAN, голубой цвет).

Пальто укороченное, прямого силуэта с центральной застежкой молнией.

Детали переда, спинки и рукава с вертикальными линиями простежки.

Па деталях переда расположены вертикальные прорезные карманы с листочкой.

37' 37Г=372' 371= Рисунок 4.4 - Конструкция детской куртки с объёмным несвязным утеплителем с вертикальным простёгиванием Oil, Рисунок 4.5 - Конструкция капюшона для детской куртки с объёмным несвязным утеплителем с вертикальным простёгиванием.

133' 13 133 14 143 141 15 14Г Рисунок 4.6 - Конструкция рукава детской куртки с объёмным несвязным утеилителем с вертикальным нростегиванием.

Конструктивно-декоративными элементами являются шлевки, расположенные на переде и спинке по линии талии.

Рукав одношовный с отделочными патами.

Капюшон втачной, край капюшона с натуральным мехом, пристегивающимся на семь кнопок.

Пояс и паты завязываются с помощью выстроченных завязок.

Подкладка притачная.

Отделочная строчка на 0,1 см проходит по входу в карман, патам, капюшону и бортам.

Па 0,1 см и 0,5 см проходит отделочная строчка по поясу.

Рекомендуемые размеры детского пальто:

Рост ( Р ): 122-134. Обхват груди (Ог): 60-64. Обхват талии (От): 51-54.

Первая полнотная группа, младшая школьная возрастная группа, 3.2.1 Практическое применение термофизиологичеекого расчёта отсеков теплозащитных пакетов Термофизиологический расчёт показал, что утеплитель R 0.?

должен иметь толщину: 10 мм, безразмерных о.з IQ =\ - в единицах. iQ = 5см - в о. натуральных величинах, бсрвз =0-2 - в безразмерных а 0.5 I 125 1.5 2 2.5 единицах. Геометрия пакета Рисунок 4. определяется углом Пахождение геометрии отсека по а = 1.25 рад (рисунок 4.7).

термическому сопротивлению = 1.5 см - максимальная заполненного отсека. 2а = 4.7 см - расстояние между строчками заполненного симметричного отсека с объёмными материалами.

Предлагаемая методика термофизиологического расчёта теплозащитной одежды с объёмными материалами, позволит рассчитать необходимое количество ценного утеплителя для достижения заданного термического сопротивления. Это позволит снизить материалоёмкость изделий, способствует повышению уровня их качества и расширению возможностей рациональных конструкций. Предлагаемая методика повысит эффективность проектирования Рисунок 4.8 - Модель куртки перо-пухового производства. На рисунке 4.8 Q вертикальным показана разработанная модель куртки с выстегиванием вертикальным выстёгиванием.

Выводы 1. В результате обобщения опыта предприятий по производству теплозащитной одежды и на основании выполненных теоретических разработок и экспериментальных исследований разработана методика проектирования одежды с объёмными несвязными материалами, соответствующую расчётному термическому сопротивлению.

2. На основе полученных теоретических результатов, разработана и отшита на производстве модель детского пальто для местных климатических условий.

3. Использование разработанной методики проектирования теплозащитной одежды с объёмными материалами на предприятии 0 0 0 «Кордура», города Шахты с сентября 2006 года показало преимущества внедрённого мероприятия - повышение качества выпускаемой продукции, экономию перо-пухового наполнителя. В соответствии с актом внедрения, методика проектирования теплозащитной одежды позволяет повысить эффективность производства одежды сократить затраты на произведение опытно конструкторских работ.

Основные результаты и общне выводы по работе 1. В результате анализа существующих методов проектирования и производства теплозащитной одежды установлена актуальность разработки новых конструкторско-технологических решений, направленных на повышение уровня качества и снижение затрат на производство.

2. На основании теоретических исследований впервые получена математическая модель для расчета термического сопротивления симметричных теплозащитных пакетов различной геометрии.

3. В результате исследования взаимосвязи свойств материалов оболочки и утеплителя теоретически обоснована методика расчета термического сопротивления асимметричных отсеков теплозащитных пакетов.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.