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

Подождите немного. Документ загружается.

431

),/(155

СмВт

⋅−

что соответствует значениям поверхностного со-

противления

ВтСмR /)0667,02,0(

2 o

⋅−=

[14, 3, 60]. В лабораторных

условиях коэффициент теплоотдачи при отсутствии ветра

)/(85

СмВт

⋅−=

Полученные значения плотности теплового потока были ис-

пользованы при теоретических расчетах температуры внутриобувного

пространства.

5.10 Проведение экспериментов по определению зависимости

температуры внутриобувного пространства от времени пребы-

вания в среде с низкими температурами.

5.10.1 Выбор объектов исследования.

Были созданы опытные образцы двух моделей мужских боти-

нок с клеевым методом крепления из пакетов материалов, теплофизи-

ческие характеристики которых известны (рисунки 5.10, 5.11). В бо-

тинке 1 (рисунок 5.10) в области союзки и носочной части в качестве

утепляющего слоя вставлен поролон.

Рис. 5.10. Модель ботинка 1

432

Рис. 5.11. Модель ботинка 2

Состав пакетов материалов каждой конструктивной зоны и их

теплофизические характеристики приведены в таблицах 5.6, 5.7.

5.10.2 Прибор, используемый в эксперименте

Автоматизированный комплекс для исследования теплозащит-

ных свойств спецодежды и обуви, изготовленный ООО «Интернет-

Фрегат». Комплекс «ИРК-5» представляет собой аппаратуру, фикси-

рующую и передающую на компьютер данные, а также сам компью-

тер с разработанным программным обеспечением. Датчики размеща-

ются на различных участках стопы и в окружающей среде. Показания,

снимаемые с датчиков, идут во вторичный прибор «РИЦ». В приборе

они попадают в коммутатор, затем данные попадают в процессорный

модуль, где и преобразовываются в цифровой сигнал. Через ПСК и

АСК они передаются в компьютер, используя интерфейс RS-232

(коммутационный порт).

433

Т а б л и ц а 5.6

Коэффициенты теплопроводности для материалов, входящих в различные узлы ботинка

434

Т а б л и ц а 5.7

Коэффициенты температуропроводности для материалов, входящих в различные узлы ботинка

435

5.10.3 Подготовка к испытанию и проведение эксперимента 1

Участник испытания – мужчина 45 лет, вес 80 кг. Температура

обуви равна температуре помещения – 295ºК (22ºС). Температура ок-

ружающей среды – 269ºК (–4ºС). Датчики устанавливались на стопе:

в области союзки – датчик №1, на подошве (носочная часть) – датчик

№2, в носочной части – датчик №3. Датчики крепились с помощью

эластичного бинта. Затем испытуемый надевал ботинки (модель 1),

теплую одежду и выходил в холодное помещение.

Эксперимент длился 90 мин, показания датчиков фиксирова-

лись каждые 3 минуты. Для сравнения с результатами эксперимента

были выполнены теоретические расчеты с использованием построен-

ных математических моделей для различных участков обуви (глава 3).

Расчеты проводились с помощью программ, написанных в математи-

ческом редакторе «Maple» и численно реализующих математические

модели процесса теплообмена для плоских, цилиндрических и сфери-

ческих участков обуви (приложение 2).

Входные данные:

– температура обуви равна температуре помещения – 295ºК

(22ºС);

– температура окружающей среды – 269ºК (–4ºС);

– коэффициент теплоотдачи верха обуви предполагается рав-

ным α =7,5 Вт/м²·град, что соответствует естественной конвекции в

закрытом помещении и согласуется с данными, полученными И.Г.

Манохиным и Е.Н. Чунихиной [81], а также Л.В. Кедровым [58];

– плотность теплового потока – 48 Вт/м², что соответствует

состоянию покоя;

– теплофизические свойства материалов пакетов обуви (таб-

лицы 5.6, 5.7).

436

Расчетная зависимость температуры внутриобувного про-

странства от времени

в области союзки

3,1847,09,1

28,213,113,15)(

79,996,56

42,2655,898,0

++−

−+−=

−−

−−−

ttt

eeetT

области

подошвы

96,1779,329,5

94,545,1234,15)(

13,6439

74,1931,775,0

++−

−+−=

−−

−−−

ttt

eeetT

носочной

части

.95,1372,033,2

15,393,1291,20)(

5,8416,48

71,2249,799,0

++−

−+−=

−−

−−−

ttt

eeetT

При

расчетах

использовалось

пять

первых

членов

ряда

экспо

нент

силу

быстрой

сходимости

ряда

этого

вполне

достаточно

для

достижения

высокой

точности

при

вычислении

суммы

ряда

Напри

мер

при

пятый

член

ряда

не

превосходит

0,01

уменьшается

ростом

Результаты

эксперимента

расчетные

значения

темпера

туры

внутриобувного

пространства

приведены

таблице

5.8.

Т а б л и ц а

5.8

Температура внутриобувного пространства (ºС)

при температуре окружающей среды –4ºС для модели ботинка 1

союзка подошва носок

Время снятия

показаний (мин)

№1 расч. №2 расч. №3 расч.

0 29,5 23,3 28,1 25,3 27,7 23,5

3 29,5 26,1 28,5 25,7 27,7 25,8

437

6 29,2 27,6 28,6 26,9 27,9 27,1

9 28,9 28,5 28,7 27,8 28 27,9

12 28,7 28,9 28,6 28,4 28,3 28,2

15 28,2 29 28,6 28,7 28,6 28,3

18 27,9 28,9 28,8 28,8 28,8 28,1

21 27,5 28,6 28,7 28,8 28,8 27,8

24 27,1 28,3 28,5 28,7 28,8 27,4

27 26,8 27,9 28,4 28,4 28,5 26,9

30 26,6 27,5 28,1 28,2 27,9 26,4

33 26,4 27,1 27,8 27,9 27,4 25,8

36 26,2 26,8 27,5 27,6 26,7 25,3

39 26,2 26,4 27,2 27,3 26 24,8

42 26,1 26 26,9 27 25,5 24,3

45 25,8 25,6 26,7 26,7 25,1 23,8

48 25,6 25,3 26,4 26,3 24,6 23,4

51 25,3 25 26,2 26 24 22,9

54 25 24,7 26 25,8 23,5 22,5

57 24,8 24,4 25,7 25,5 22,9 22,1

60 24,6 24,1 25,4 25,2 22,4 21,7

63 24,3 23,8 25,1 24,9 21,9 21,3

66 24,1 23,5 24,9 24,7 21,4 20,9

69 23,9 23,3 24,7 24,4 20,8 20,6

72 23,7 23 24,4 24,2 20,2 20,3

75 23,4 22,8 24,1 24 19,7 20

78 23,1 22,6 23,8 23,7 19,1 19,7

81 23 22,4 23,5 23,5 18,7 19,4

84 22,7 22,2 23,3 23,3 18,3 19,2

87 22,4 22 23,1 23,1 17,7 18,9

90 22,2 21,8 22,9 22,9 17,3 18,7

438

На координатную плоскость нанесены точки, полученные экс-

периментально, и график зависимости температуры внутриобувного

пространства от времени в области союзки (рисунок 5.12), подошвы

(рисунок 5.13), носочной части ботинка (рисунок 5.14), рассчитанной

с помощью математических моделей.

Рис. 5.12. Экспериментальная и теоретическая зависимость

температуры внутриобувного пространства в области союзки

модели 1 от времени воздействия температуры -4ºС

439

Рис. 5.13. Экспериментальная и теоретическая зависимость темпера-

туры внутриобувного пространства в области подошвы модели 1 от

времени воздействия температуры -4ºС

Рис. 5.14. Экспериментальная и теоретическая зависимость темпера-

туры внутриобувного пространства в носочной части ботинка

модели 1от времени воздействия температуры -4ºС

440

Относительная погрешность вычисляется по формуле:

%,100

)(

⋅

−

∑

погр

YtT

(5.87)

где

−

время замера температуры в эксперименте,

−

)(

теоретиче-

ское значение температуры в момент времени

−

эксперимен-

тальное значение температуры в момент времени

Относительная погрешность для союзки

%,9,2

погр

для

подошвы

%,56,1

погр

для носка

%.2,4

погр

Из таблицы 5.8 видно, что по истечении 66 мин эксперимента

температура внутриобувного пространства в области носка опусти-

лась ниже 21ºС, а пакеты материалов подошвы и союзки обеспечива-

ют стопе комфортные условия в течение всего периода эксперимента.

5.10.4 Проведение эксперимента 2

Второй эксперимент был проведен для моделей 1 и 2 при тем-

пературе воздуха 263ºК (–10ºС) в закрытом помещении. Начальная

температура обуви равна 291ºК (18ºС). Коэффициент теплоотдачи

верха обуви равен

Вт/м²·град, плотность теплового потока – 64

Вт/м², что соответствует легкой физической нагрузке [3,60]. Расчет-

ные зависимости температуры внутриобувного пространства от вре-

мени для модели 1

в области союзки

1,1922,165,371,453,153,14)(

55,10175,589,2838,1032,1

++−+−=

−

ttttt

eeeeetT

области

подошвы

95,2249,52,62,1426,9)(

13,641,3974,1931,775,0

++−+−=

−

ttttt

eeeeetT