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

Подождите немного. Документ загружается.

441

в носочной части

.19,1384,16,45,63,188,22)(

24,8627,5097,241,931,1

++−−+−=

−

ttttt

eeeeetT

Результаты эксперимента и расчетные значения температуры

внутриобувного пространства приведены в таблице 5.9.

На координатную плоскость нанесены точки, полученные экс-

периментально, и график зависимости температуры внутриобувного

пространства от времени в области союзки (рисунок 5.15), подошвы

(рисунок 5.16), носочной части ботинка 1 (рисунок 5.17), рассчитан-

ной с помощью математических моделей.

Рис. 5.15. Экспериментальная и теоретическая зависимость темпера-

туры внутриобувного пространства в области союзки модели 1 от

времени воздействия температуры -10ºС

442

Т а б л и ц а 5.9

Температура внутриобувного пространства (ºС)

при температуре – 10ºС для ботинка 1

союзка подошва носок Время сня-

тия

показаний

(мин)

№1 расч. №2 расч. №3 расч.

0 28,3 20,2 27,8 22,2 27,1 21,3

3 28,4 26,1 28,3 23,6 26,9 24,5

6 27,9 27,6 28,7 25,4 26,4 26,3

9 27,5 28,3 28,9 26,7 25,9 27,4

12 27,1 28,6 28,9 27,7 25,8 27,8

15 26,8 28,6 29 28,3 25,8 27,7

18 26,6 28,4 29 28,7 25,7 27,4

21 26,4 28,1 29 28,9 25,6 26,8

24 26 27,7 28,8 29 25,1 26,2

27 25,8 27,2 28,7 29 24,8 25,5

30 25,5 26,8 28,6 28,9 24,6 24,8

33 25,4 26,4 28,5 28,8 24 24,1

36 25,1 26 28,2 28,6 23,5 23,5

39 24,9 25,5 28,1 28,5 23,2 22,9

42 24,7 25,2 27,9 28,3 22,8 22,3

45 24,4 24,8 27,7 28,1 22,4 21,7

48 24,1 24,4 27,6 28 22,1 21,1

51 23,8 24,1 27,4 27,8 21,5 20,7

54 23,5 23,7 27,2 27,6 21 20,2

57 23,2 23,4 27,1 27,4 20,7 19,7

60 22,8 23,1 26,9 27,3 20,3 19,3

63 22,4 22,9 26,7 27,1 19,5 18,9

66 22,2 22,6 26,6 27 19 18,6

69 21,9 22,3 26,4 26,8 18,6 18,2

443

72 21,6 22,1 26,3 26,7 18,2 17,9

75 21,4 21,9 26,1 26,5 17,9 17,6

78 21,2 21,7 25,9 26,4 17,7 17,3

81 20,9 21,5 25,8 26,3 17,3 17,1

84 20,7 21,3 25,6 26,2 17,1 16,8

87 20,5 21,1 25,4 26 16,8 16,6

90 20,4 20,9 25,4 25,9 16,5 16,7

Относительная погрешность для союзки

%,36,2

погр

для

подошвы

%,04,2

погр

для носка

%.3,4

погр

Из таблицы 5.9 видно, что по истечении 78 мин эксперимента

температура внутриобувного пространства в области союзки и спустя

54 мин в области носка опустилась ниже 21ºС, пакеты материалов по-

дошвы обеспечивают стопе комфортные условия в течение всего пе-

риода эксперимента.

Рис. 5.16. Экспериментальная и теоретическая зависимость

444

температуры внутриобувного пространства в области подошвы моде-

ли 1 от времени воздействия температуры -10ºС

Рис. 5.17. Экспериментальная и теоретическая зависимость темпера-

туры внутриобувного пространства в носочной части ботинка

модели 1 от времени воздействия температуры -10ºС

Расчетные зависимости температуры внутриобувного про-

странства от времени для модели 2

в области союзки

57,166,04,232,131,15)(

7,153879,408,1366,1

++−+−=

−

ttttt

eeeeetT

в области подошвы

2349,526,62,143,9)(

13,641,3974,1931,775,0

++−+−=

−

ttttt

eeeeetT

в области носка

3,129,031,41,155,20)(

12474,7076,3368,1158,1

++−+−=

−

ttttt

eeeeetT

445

Результаты эксперимента и расчетные значения температуры

внутриобувного пространства приведены в таблице 5.10.

Т а б л и ц а 5.10

Температура внутриобувного пространства (ºС)

при температуре – 10ºС для ботинка 2

союзка подошва носок

Время

снятия

показаний

(мин)

№1 расч. №2 расч. №3 расч.

0 27,2 19,6 27,5 22,2 26,2 19,8

3 27,9 24,2 28,1 23,6 26,3 23,5

6 27,5 26,1 28,6 25,4 26,4 25,2

9 27,1 26,7 28,7 26,7 25,9 25,9

12 27,1 26,5 28,9 27,7 25,6 25,8

15 26,7 26,1 29 28,3 25,1 25,3

18 26,1 25,5 28,9 28,7 24,6 24,6

21 25 24,9 28,9 28,9 24,1 23,8

24 24,4 24,3 28,8 29 23,4 23

27 24,2 23,7 28,7 29 22,3 22,3

30 24,1 23,1 28,4 28,9 21,5 21,5

33 23,6 22,6 28,3 28,8 21,1 20,9

36 23,2 22,1 28,2 28,6 20,6 20,2

39 22,7 21,7 28,1 28,5 20,3 19,6

42 22,2 21,3 27,9 28,3 19,2 19,1

45 21,6 20,9 27,7 28,1 19,1 19,1

48 21,2 20,6 27,6 28 18,4 18,4

51 21 20,2 27,4 27,8 18,2 18,2

54 20,7 20 27,1 27,6 17,5 17,5

57 20,1 19,7 27 27,4 17,1 17,1

60 20,1 19,4 26,7 27,3 16,4 16,4

446

Результаты экспериментов и графики, полученные с помощью

математических расчетов для модели 2, отображены на рисунках 5.18,

5.19 , и 5.20.

Рис. 5.18. Экспериментальная и теоретическая зависимость темпера-

туры внутриобувного пространства в области союзки модели 2

от времени воздействия температуры –10ºС

Рис. 5.19. Экспериментальная и теоретическая зависимость темпера-

туры внутриобувного пространства в области подошвы модели 2 от

времени воздействия температуры –10ºС

447

Рис. 5.20. Экспериментальная и теоретическая зависимость

температуры внутриобувного пространства в носочной части модели

2 от времени воздействия температуры –10ºС

Относительная погрешность для союзки

%,3,4

погр

для по-

дошвы

%4,2

погр

, для носка

погр

Из результатов экспериментов (таблица 5.10) видно, что время

комфортного пребывания в ботинке модели 2 по сравнению с моде-

лью 1 сократилось в области союзки на 27 мин, в области носка на 21

мин.

Так как погрешность вычислений не превышает 5%, можно

считать в дальнейшем правомочным использование построенных ма-

тематических моделей для расчета температуры внутриобувного про-

странства для различных пакетов конструктивных элементов обуви и

прогнозирование их теплозащитных свойств. Таким образом, создан-

448

ные математические модели позволяют обоснованно выбирать пакет

материалов для всех базовых узлов обуви, чтобы обеспечить ком-

фортность стопе при воздействии на обувь низких температур в за-

данном временном режиме и существенно сократить число стендовых

испытаний в условиях, близких к реальным при проектировании но-

вого теплозащитного варианта обуви.

Кроме того, использование созданной математической модели

оправдано еще и потому, что позволяет оценивать новые материалы

для формирования пакетов любых видов и родов обуви, обеспечивая

высокую достоверность результатов по комфортности стопы.

5.11 Обоснование выбора пакетов материалов для низа обуви

При вычислении зависимости температуры внутриобувного

пространства от времени воздействия температур в диапазоне от –

10ºС до –50ºС для различных пакетов материалов низа обуви (таблица

5.11) была использована построенная в главе 3 математическая модель

теплообмена для плоской многослойной пластины. Расчеты проведе-

ны с помощью программы, написанной в математическом редакторе

«Maple» при различной температуре окружающей среды (приложение

2).

Т а б л и ц а 5.11

Пакеты материалов для низа обуви

№

Материалы,

входящие в пакет

Толщина

материа-

лов

(мм)

Коэффициент

теплопроводности

λ (Вт/(м·ºС)

Коэффициент

температуропро-

водности

a (м²/ч)

1 2 3 4 5

1 Х/б носок 2 0,05 0,0005

449

Меховая овчина

Картон

(вкладная стелька)

Картон стелечный

Стелька из войлока

Пористая резина

0,8

0,041

0,12

0,09

0,04

0,07

0,0003

0,00017

0,00014

0,00035

0,00065

Х/б носок

Меховая овчина

Картон

(вкладная стелька)

Картон стелечный

Термоэластопласт

1,2

0,05

0,041

0,12

0,09

0,06

0,0005

0,0003

0,00017

0,00014

0,0003564

Х/б носок

Меховая овчина

Картон

(вкладная стелька)

Картон стелечный

Стелька из войлока

Термоэластопласт

0,8

0,05

0,041

0,12

0,09

0,04

0,06

0,0005

0,0003

0,00017

0,00014

0,00035

0,0003564

Х/б носок

Меховая овчина

Картон

(вкладная стелька)

Картон стелечный

Пористая резина

1,2

0,05

0,041

0,12

0,09

0,07

0,0005

0,0003

0,00017

0,00014

0,00065

Х/б носок

Меховая овчина

Картон

(вкладная стелька)

Кожа стелечная

Стелька из войлока

+сетка х/б

1,2

0,05

0,041

0,12

0,11

0,038

0,0005

0,0003

0,00017

0,00015

0,00032

450

Пористая резина 15 0,07 0,00055

Х/б носок

Искусственный

мех

Картон

(вкладная стелька)

Картон стелечный

Стелька из войло-

ка

Термоэластопласт

6,5

0,8

0,05

0,04

0,12

0,09

0,04

0,06

0,0005

0,0003

0,00017

0,00014

0,00035

0,0003564

Шерстяной носок

Меховая овчина

Картон

(вкладная стелька)

Картон стелечный

Стелька из войло-

ка

Пористая резина

1,2

0,03

0,039

0,12

0,09

0,04

0,07

0,00042

0,0003

0,00017

0,00014

0,00035

0,00055

Х/б носок

Искусственный

мех

Картон

(вкладная стелька)

Картон стелечный

Стелька из войло-

ка

Пористая резина

6,5

0,8

0,05

0,04

0,12

0,09

0,04

0,07

0,0005

0,0003

0,00017

0,00014

0,00035

0,00065

Х/б носок

Искусственный

мех

Картон

(вкладная стелька)

6,5

0,8

0,05

0,04

0,12

0,09

0,0005

0,0003

0,00017

0,00014