СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ТКАНЕЙ И ПАКЕТОВ ТКАНЕЙ Российский патент 1994 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к легкой промышленности и касается способов количественных оценок теплозащитных свойств тканей, в частности определения таких свойств, как теплопроводность, температуропроводность, тепловая активность, объемная теплоемкость, тепловое сопротивление.

Известны способы определения теплозащитных свойств тканей типа [1] . Эти способы предполагают реализацию стационарного теплообмена (т. е. когда распределение температуры - температурное поле в исследуемом образце не изменяется с течением времени) или регулярного теплового режима 1-го или 2-го рода. Результаты изучения тканей такими способами, как правило, представлены в терминах теплового сопротивления R_λ , определяемого как
R_λ = + , (1) где d - толщина ткани; λ - ее теплопроводность; α - коэффициент теплообмена.

Тепловое сопротивление позволяет оценить количество тепла, потерянного через ткань (пакет ткани, одежду) в окружающую среду. Эти потери равны
Q= St (2) где Т_т - температура тела;
Т_с - температура окружающей среды;
S - площадь, через которую совершается теплообмен;
t - время теплообмена.

Формула (1) определяет тепловое сопротивление лишь для случая стационарного температурного поля. В то же время при эксплуатации одежды наиболее часто реализуется случай нестационарного теплообмена, когда в исследуемом образце температурное поле изменяется со временем. В этом случае использование формулы (1) не дает объективной оценки теплозащитных свойств ткани.

Измерение теплофизических характеристик тканей может быть осуществлено методами, использующими обдув поверхности материалов. Среди них известен способ комплексного определения теплофизических свойств материалов (прототип) [2] .

Недостатком способа применительно к исследованию тканей является то, что он дает информацию о теплозащитных свойствах, не адекватную реальным условиям эксплуатации тканей.

Указанная цель достигается тем, что с целью повышения достоверности результатов при эксплуатации тканей или пакетов тканей в нестационарном тепловом режиме ткань или пакет ткани обдувают воздушным потоком, измеряют интегральные изменения температуры вдоль направления распространения тепла и определяют эффективное сопротивление по следующему соотношению
R_эф= , (3) где T(t) - температура плоского нагревателя в момент окончания опыта;
t - время опыта;
T_o - начальная температура плоского нагревателя, совпадающая с температурой набегающего воздушного потока;
q_o - удельная тепловая мощность с плоского нагревателя,
ρ₁C₁ - объемная теплоемкость эталонного образца;
ρ₂C₂ - объемная теплоемкость исследуемой ткани или пакета тканей.

П р и м е р. Эффективное тепловое сопротивление вводится с помощью соотношения
R_эф= , (4) где T(t) - температура нагревателя в заданный момент времени;
Т_о - начальная температура нагревателя, совпадающая с температурой набегающего воздушного потока;
q - тепловой поток, отданный в окружающее пространство, в том числе унесенный воздушным потоком.

Тепловое сопротивление, определяемое соотношением (4), можно успешно использовать в качестве сравнительной характеристики теплозащитных свойств материалов (пакетов материалов) в условиях нестационарного теплообмена.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для определения теплозащитных свойств тканей; на фиг. 2 - распределение температуры в полуограниченном в тепловом отношении образце и исследуемой ткани для фиксированного момента времени.

Устройство содержит 1- цилиндр из органического стекла, используемый в качестве полуограниченной в тепловом отношении среды (эталонного образца); 2 - исследуемая ткань или пакет тканей; 3 - плоский нагреватель; 4 - термометр сопротивления; 5 - токоподводы; 6 - воздушный поток.

Для определения эффективного теплового сопротивления термометром сопротивления, ориентированным в направлении распространения тепла, осуществляется изменение интегральных температур в двух областях: в эталонном образце 1 с известными свойствами и в исследуемом материале 2. Измерения интегральных температур проводятся с момента выделения на нагреватель тепловой мощности. В момент t, соответствующий окончанию опыта, производится регистрация интегральных температур.

Расчет эффективного сопротивления проводится по формуле, являющейся следствием выражения (4):
, где T(t) - температура плоского нагревателя в момент окончания опыта;
T_o - его начальная температура;
q_o - удельная тепловая мощность с плоского нагревателя, вводимая в образцы 1 и 2;
ρ₁C₁ - объемная теплоемкость образца 1 (величина постоянная во всех опытах);
ρ ₂C₂ - объемная теплоемкость исследуемого материала (определяется в соответствии со способом, принятым за прототип).

Предлагаемый способ определения теплозащитных свойств тканей был реализован следующим образом. В качестве полуограниченного в тепловом отношении образца 1 (см. фиг. 1) использовался цилиндр из органического стекла радиусом 5 см и длиной 15 см. На поверхность цилиндра приклеивался плоский нагреватель - лавсановая пленка толщиной ≈ 10 мкм с алюминиевой металлизацией толщиной ≈600 А.

За время опыта, равное 10 мин, на плоском нагревателе выделялась постоянная тепловая мощность q_o, которая обеспечивала нагрев поверхности цилиндра на 15-25 К. По измеренному сопротивлению плоского теплового нагревателя определялась его температура Т_о в начале опыта и T(t) - в конце.

Для регистрации распределения температур в образцах 1 и 2 (фиг. 1) использовался второй термометр сопротивления 4 (платиновая проволочка радиусом ≈ 40 мкм и длиной 50 мм), ориентированный вдоль оси цилиндра. Этот термометр сопротивления делился токоподводами на две части: одна из этих частей служила для измерения интегральной температуры в цилиндре 1, вторая - частично размещенная в малом отверстии, проделанном в пакете, частично в воздухе - для измерения интегральной температуры в пакете тканей 2.

Для исследования выбирались три различных пакета шерстяных тканей толщиной около 7-8 мм.

Измерения осуществлялись в два этапа. Первый этап заключался в измерении теплозащитных свойств тканей в отсутствии обдува воздушным потоком. В этом случае измеряется изменение температуры плоского нагревателя 3 в ходе его нагрева и в соответствии со способом определяется тепловая активность и температуропроводность пакета тканей. Так как при этом отсутствовал обдув пакета воздушным потоком, то результаты таких измерений, приведенные в табл. 1, можно интерпретировать как измерения истинных характеристик теплопереноса.

Второй этап измерений (длительностью 10 мин) также проводился при обдуве поверхности образца воздушным потоком. С этой целью все устройство помещалось в камеру, через которую продувался воздушный поток (скорости потока могли варьироваться от 2 до 15 м/с, угол падения потока на пакет тканей ≈ 45^о). В конце нагрева регистрировались интегральные измерения температур в цилиндре и в пакете тканей (фиг. 2). По ним с помощью формулы (3) определялось эффективное тепловое сопротивление пакета тканей, соответствующее условиям проведения эксперимента. Результаты измерений эффективного теплового сопротивления R_эф в зависимости от скорости набегающего потока V приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, ткани, обладающие близкими значениями λ , имеют в зависимости от скорости обдувающего потока различные R_эф.

Таким образом, использование предлагаемого способа определения теплозащитных характеристик тканей и пакетов тканей обеспечивает по сравнению с существующими способами не только измерения истинных характеристик переноса и теплового сопротивления как характеристики стационарного теплопереноса, но и измерения эффективного теплового сопротивления - сравнительной характеристики, определяющей теплозащитные свойства ткани в условиях нестационарного теплообмена.

Изобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано для оценки теплозащитных свойств шерстяной одежды. Сущность изобретения заключается в нагреве образца, состоящего из ткани или пакета тканей, обдува образца воздушным потоком, измерении интегрального по толщине изменения температуры, определении теплового сопротивления образца, по величине которого судят о теплозащитных свойствах образца в нестационарном тепловом режиме его нагрева. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ТКАНЕЙ И ПАКЕТОВ ТКАНЕЙ, заключающийся в одностороннем нагреве ограниченного в тепловом отношении образца с последующей регистрацией температуры по поверхности, обдуве образца воздушным потоком и оценке теплозащитных свойств, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов при эксплуатации тканей или пакетов тканей в нестационарном тепловом режиме, измеряют интегральные изменения температуры вдоль направления распространения тепла, определяют тепловое сопротивление по следующему соотношению:
R_эф= ,
где R_эф - коэффициент теплового сопротивления исследуемой ткани при обдуве ее воздушным потоком;
T(t) - температура плоского нагревателя в момент окончания опыта;
T₀ - начальная температура плоского нагревателя;
q₀ - удельная тепловая мощность плоского нагревателя, вводимая в образцы 1 и 2;
ρ₁C₁ - объемная теплоемкость образца 1;
ρ₁C₂ - объемная теплоемкость исследуемого пакета тканей или ткани,
и по его величине судят о теплозащитных свойствах тканей и пакетов тканей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ткань и пакет тканей обдувают воздушным потоком со скоростью 2 - 15 м/с.