Прохоров В.Т. Особенности защиты человека от воздействия низких температур

Подождите немного. Документ загружается.

421

Меховая

овчина

0,041 0,0003

носок

Носок х/б

Выросток

хромового

дубления

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Бязь

Полихлоропре-

новый клей-

раствор

Термопласт

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Меховая

овчина

1,2

0,3

0,8

0,3

0,05

0,06

0,163

0,038

0,1085

0,112

0,163

0,041

0,0005

0,0002

0,00045

0,0005

0,000365

0,00045

0,0003

0,0096 12

задинка

Носок х/б

Выросток

хромового

дубления

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Бязь

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Кожкартон

Полихлоропре-

1,2

0,3

1,1

0,3

0,05

0,06

0,163

0,038

0,163

0,12

0,163

0,0005

0,0002

0,00045

0,0005

0,00045

0,00017

0,00045

0,0189 10

422

новый клей-

дисперсия

Меховая

овчина

0,041

0,0003

подошва

(носочная)

Носок х/б

Меховая

овчина

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Картон

Полихлоропре-

новый клей-

раствор

Картон

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Войлок

Полиуретано-

вый клей-

раствор

Термоэласто-

пласт

0,3

1,2

0,3

2,5

0,3

0,05

0,041

0,163

0,09

0,1085

0,09

0,163

0,04

0,138

0,06

0,0005

0,0003

0,00045

0,00014

0,000365

0,00014

0,00045

0,00035

0,0004565

0,0003564

0,0119 −

подошва

(переймен-

ная)

Носок х/б

Меховая

овчина

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Картон

0,3

1,2

0,05

0,041

0,163

0,09

0,0005

0,0003

0,00045

0,00014

0,0063 7

423

Полихлоропре-

новый клей-

раствор

Картон

Полихлоропре-

новый клей-

раствор

Войлок

Полихлоропре-

новый клей-

раствор

Термоэласто-

пласт

0,3

2,5

0,3

0,1085

0,09

0,1085

0,04

0,138

0,06

0,000365

0,00014

0,000365

0,00035

0,0004565

0,0003564

подошва

(пяточная)

Носок х/б

Меховая

овчина

Полихлоропре-

новый клей-

дисперсия

Картон

Полихлоропре-

новый клей-

раствор

Картон

Полиуретано-

вый клей-

раствор

Войлок

Полиуретано-

вый клей

Термоэласто-

пласт

0,3

1,2

0,3

2,5

0,3

0,05

0,041

0,163

0,09

0,1085

0,09

0,138

0,04

0,138

0,06

0,0005

0,0003

0,00045

0,00014

0,000365

0,00014

0,0002

0,00035

0,0004565

0,0003564

0,0047 −

424

Расход тепла с единицы поверхности обуви за время t вычис-

ляется по формуле:

∫

∂

−=

,)(

где

−

),( txT

температура по-

верхности обуви,

−

∂

− ),( tl

плотность теплового потока через

поверхность обуви толщиной l. При теплопередаче по закону Ньюто-

на плотность теплового потока через поверхность обуви равна

),(

−

температура внешней среды. На рисунках 5.6, 5.7

приводятся графики расхода теплоты с единицы поверхности (м²) всех

семи зон обуви.

Из графика видно, что за первый час пребывания на холоде

наибольшие теплопотери с единицы поверхности несет носочная

часть обуви и ее задинка. Затем по мере быстрого остывания носка

разность температур поверхности носка и окружающей среды умень-

шается, а, следовательно, снижаются и теплопотери. Напротив, тепло-

потери задинки остаются в дальнейшем больше чем носка за счет бо-

лее высокой температуры внешней поверхности задинки и больше

чем у союзки и голенища за счет более высокого коэффициента теп-

лоотдачи.

425

Рис. 5.6. Теплопотери с единицы поверхности (м²) зон 1-4 верха обуви

426

Рис. 5.7. Теплопотери с единицы поверхности (м²) зон 5-7 подошвы

обуви

Для подошвы наибольшие теплопотери несет носочная часть,

которая соприкасается с поверхностью земли, а наименьшие теплопо-

тери у пяточной части подошвы, у которой самое большое тепловое

сопротивление.

Умножая теплопотери на соответствующие площади обувных

зон, получим расход тепла через каждую зону обуви (1-7).

Рис. 5.8. Зависимость теплопотерь обувных зон от времени

С помощью полученной зависимости можно рассчитать пол-

ные теплопотери с поверхности обуви как часть общих теплопотерь

человека при воздействии низких температур. Далее, зная значение

теплообразования человека и его теплопотери, можно вычислить де-

427

фицит тепла, определяющий тепловое состояние человека. По сред-

ним данным, приведенным в [60,61], дефицит тепла − 167кДж человек

характеризует как прохладное, дефицит тепла − 395кДж − как холод-

ное и − 578кДж − как очень холодное.

5.9 Обоснование выбора плотности теплового потока стопы

человека для расчета температуры внутриобувного пространства

Одной из основных задач оценки теплозащитных свойств обу-

ви является определение времени комфортного пребывания в той или

иной обуви в условиях низких температур. Для ответа на этот вопрос

в соответствии с разработанной математической моделью необходимо

знание следующих характеристик:

1. Плотность теплового потока с поверхности стопы;

2. Температуру окружающей среды и коэффициент теплоотда-

чи с поверхности различных частей обуви (с учетом влажности возду-

ха);

3. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводно-

сти материалов, входящих в пакет;

4. Начальную температуру обуви.

Структурная схема расчета зависимости температуры внутри

обуви от времени воздействия низких температур и проверка соответ-

ствия ее экспериментальным данным выглядит следующим образом:

428

Рис. 5.9. Структурная схема исследования зависимости температуры

внутриобувного пространства от времени

Величина энергозатрат человека зависит от многих факторов:

пол, возраст, физиологические особенности организма, физические

нагрузки и т.д. Для определения плотности

теплового потока стопы

можно воспользоваться описанием стационарного теплообмена стопы

через внутреннюю обувь (х/б носок) с известным тепловым сопротив-

лением:

,/)( Rttq

пk

−

(5.85)

429

где

– тепловое сопротивление внутренней обуви,

−

температура

кожи,

−

температура внешней поверхности х/б носка.

В экспериментах принимал участие мужчина 45 лет, 80 кг вес,

рост 180 см. Для определения плотности теплового потока стопы в

положении сидя была измерена температура кожи (поверхности сто-

пы) с помощью датчиков, прикрепленных на тыльной стороне, по-

дошве и пальцах стоп, а также температура на поверхности внутрен-

ней обуви (х/б носок). Динамика изменения температуры приведена в

таблице 5.5.

Т а б л и ц а 5.5

Динамика изменения температуры кожи стопы и температуры

поверхности внутренней обуви

Температура

кожи

Температура поверхности

внутренней обуви

Время

(мин)

тыл

стопы

подошва пальцы

тыл

стопы

подошва

пальцы

3 30,1 30,5 30,1 28,5 29,2 27,8

6 30,4 30,8 29,9 28,4 28,9 27,6

9 30,5 31 29,7 28,6 28,9 27,9

12 30,7 31,3 30 28,7 29,1 27,8

15 30,6 31,3 30,2 28,6 29,3 27,8

18 30,7 31,2 30,1 28,8 29,2 27,9

21 30,5 31,1 30 28,7 29,2 27,8

24 30,5 31 29,8 28,6 29,3 27,8

27 30,3 30,9 29,7 28,4 29,4 27,6

30 30,3 30,8 29,7 28,3 29,2 27,7

Средняя температура на различных участках стопы

30,5 31 29,9 28,6 29,2 27,8

430

По результатам измерений можно сделать следующий вывод:

средняя температура различных участков стопы мужчины примерно

одинакова, поэтому плотность теплового потока стопы испытуемого

мужчины можно считать равной для различных участков стопы.

Средневзвешенная температура кожи стопы испытуемого вы-

числяется [58, 105] по формуле:

палтылподcр

ТТТT 17,058,025,0

52,309,2917,05,3058,03125,0 =⋅+⋅+⋅=

. (5.86)

Аналогично, для средневзвешенной температуры поверхности

х/б носка имеем

′

палтылподcр

ТТТT 17,058,025,0

61,288,2717,02,2958,06,2825,0 =⋅+⋅+⋅=

Используемый

носок

толщиной

мм

коэффициентом

теп

лопроводности

)/(05,0 СмВт

⋅=

имеет

тепловое

сопротивление

ВтСмR /04,0

2 o

⋅=

Согласно

формуле

(4.1)

плотность

теплового

по

тока

соответственно

равна

/75,4704,0/)61,2852,30( мВтq =−=

Полученное

значение

плотности

теплового

потока

согласуется

дан

ными

[3, 60, 105, 117],

также

результатами

исследований

Афанасьевой

Бессоновой

Бурмистровой

[118]

при

оценке

теплоизоляции

одежды

комплекте

зимним

костюмом

Лукойл

(

см

Приложение

таблицы

1,2).

Температура

воздуха

закрытом

помещении

составляла

22º

поэтому

согласно

закону

Ньютона

коэф

фициент

теплоотдачи

поверхности

внутренней

обуви

равен

)/(22,7)2261,28/(75,47)/(

СмВтttq

вп

⋅=−=−=

Анализ

показы

вает

что

для

практически

важных

условий

внешней

теплоотдачи

обу

ви

как

при

свободной

так

при

вынужденной

конвекции

средний

коэффициент

теплоотдачи

принимает

значение

диапазоне