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

Подождите немного. Документ загружается.

461

для пакетов № 2, 3, 7

Рис. 5.33. Зависимость температуры внутриобувного пространства

в области союзки от времени воздействия температуры –10°С

для пакетов № 2, 3, 4, 7

Т а б л и ц а 5.14

Время (мин) охлаждения внутриобувного пространства в области

союзки до температуры 21°С для различных пакетов материалов

Температура окружающей среды №

пакета

–10°С –15°С –20°С –30°С –40°С –50°С

1 36 26 21 16 13 12

2 147 57 41 29 23 20

3 >8ч 112 66 39 30 25

4 37 25 20 15 12 10

5 >8ч >8ч 151 58 41 34

462

6 15 12 10 8 7 6

7 134 45 32 22 7 6

8 >8ч >8ч >8ч 166 85 63

Из таблицы 5.14 можно дать некоторые рекомендации по ис-

пользованию рассмотренных пакетов верха в различных климатиче-

ских зонах.

Для зоны I (А и В) рекомендуется использование только паке-

та 8.

Для зоны II рекомендуется использование пакетов 3, 5.

Для зоны III можно использовать пакеты 2, 3, 7. Пакеты 1 и 4

можно использовать непродолжительное время при температуре –

10°С. Пакет 6 непригоден для использования в условиях низких тем-

ператур.

5.13 Обоснование выбора пакетов материалов для носочной

части обуви

Для вычисления зависимости температуры внутриобувного

пространства от времени при различных температурах окружающей

среды были использованы

пакетов материалов носочной части обу-

ви (таблица 5.15). Для этого была построена математическая модель

для многослойного шарового сегмента (глава 3). Расчеты проведены с

помощью программы, написанной в математическом редакторе

«Maple» (приложение 2).

463

Т а б л и ц а 5.15

Пакеты материалов для носочной части обуви

№ Материалы,

входящие в пакет

Толщина

материалов

(мм)

Коэффициент

теплопроводно-

сти

λ (Вт/(м·ºС)

Коэффициент

температуро-

проводности

a (м²/ч)

1 2 3 4 5

Х/б носок

Меховая овчина

Гранитоль

Термобязь

Поролон

Полукожник

хромового дубления

1,2

0,3

1,2

0,05

0,039

0,051

0,033

0,07

0,067

0,0005

0,0003

0,00046

0,00047

0,00065

0,00021

Х/б носок

Меховая овчина

Термопласт

Термобязь

Поролон

Выросток хромового

дубления

1,2

0,3

1,2

0,05

0,039

0,1

0,033

0,07

0,06

0,0005

0,0003

0,00038

0,00047

0,00065

0,0002

Шерстяной носок

Меховая овчина

Гранитоль

Термобязь

Поролон

Полукожник

хромового дубления

1,2

0,3

1,2

0,03

0,039

0,051

0,033

0,07

0,067

0,00042

0,0003

0,00046

0,00047

0,00065

0,00021

Х/б носок

Меховая овчина

Гранитоль (два слоя)

2,4

0,05

0,039

0,051

0,0005

0,0003

0,00046

464

Термобязь

Замша

0,3

0,8

0,033

0,049

0,00047

0,00033

Шерстяной носок

Меховая овчина

Искусственный мех

Термопласт

Полукожник

хромового дубления

1,2

1,5

0,03

0,039

0,042

0,1

0,067

0,00042

0,0003

0,00038

0,00021

Х/б носок

Меховая овчина

Термопласт

Термобязь

Выросток хромового

дубления

1,2

0,3

1,2

0,05

0,039

0,1

0,033

0,06

0,0005

0,0003

0,00038

0,00047

0,0002

Шерстяной носок

Меховая овчина

Гранитоль

Термобязь

Юфть хромового

дубления

1,2

0,3

2,3

0,03

0,039

0,051

0,033

0,07

0,00042

0,0003

0,00046

0,00047

0,00042

Шерстяной носок

Меховая овчина в два

слоя

Гранитоль

Термобязь

Мех оленя

1,2

0,3

0,03

0,039

0,051

0,033

0,037

0,00042

0,0003

0,00046

0,00047

0,00028

Плотность теплового потока стопы берется равной 65 Вт/м².

Начальная температура обуви –22°С. Коэффициент теплоотдачи с по-

верхности пакета в окружающую среду –

Вт/(м²·ºС). Графики

зависимости температуры внутриобувного пространства в области но-

465

сочной части при различных температурах окружающей среды для

пакетов материалов 1-8 представлены на рисунках 5.34 – 5.38.

Рис. 5.34. Зависимость температуры внутриобувного пространства

в области носочной части от времени воздействия температуры

–30°С, –40°С, –50°С для пакета № 8

Рис. 5.35. Зависимость температуры внутриобувного пространства

в области носочной части от времени воздействия температуры

–15°С, –20°С, –30°С для пакета № 5

466

Рис. 5.36. Зависимость температуры внутриобувного пространства

в области носочной части от времени воздействия температуры –15°С

для пакетов № 2, 3, 7

Рис. 5.37. Зависимость температуры внутриобувного пространства

в области носочной части от времени воздействия температуры –10°С

для пакетов № 2, 3, 7

467

Рис. 5.38. Зависимость температуры внутриобувного пространства

в области союзки от времени воздействия температуры –10°С

для пакетов № 1, 4, 6

Из полученных аналитических зависимостей температуры от

времени, найдено время комфортного пребывания стопы в обуви, ко-

торое обеспечивают пакеты носочной части 1–8 (таблица 5.16).

Т а б л и ц а 5.16

Время (мин) охлаждения внутриобувного пространства

в области носочной части до температуры 21°С

для различных пакетов материалов

Температура окружающей среды №

пакета

–10°С –15°С –20°С –30°С –40°С –50°С

1 30 23 19 16 14 12

2 60 43 35 26 23 20

3 105 57 43 32 26 23

4 36 27 22 17 14 13

468

5 >8ч 127 78 51 41 35

6 34 26 22 17 14 13

7 56 36 28 21 18 16

8 >8ч >8ч 233 86 62 51

Из таблицы можно дать некоторые рекомендации по исполь-

зованию рассмотренных пакетов верха в различных климатических

зонах.

Для зоны I (А и В) рекомендуется использование только паке-

та 8.

Для зоны II рекомендуется использование пакета 5.

Для зоны III можно использовать пакеты низа 2, 3, 7. Пакеты 1,

4 и 6 можно использовать непродолжительное время при температуре

не ниже –10°С.

Основные результаты и выводы

1. Проведен системный анализ особенностей различных методов

оценки теплозащитных свойств пакетов обувных материалов. На

основании этого анализа сделан вывод о необходимости разра-

ботки метода, с помощью которого можно было бы проследить за

динамикой изменения температуры внутриобувного пространства

и обосновать выбор пакетов материалов для различных конструк-

тивных элементов обуви, позволяющих защитить стопу человека

от охлаждения.

2. Изучен стационарный процесс теплообмена для многослойных

плоских, цилиндрических и шаровых пакетов с краевыми усло-

виями 2-4 -го рода.

3. Проведен анализ тепловых сопротивлений пакетов различных

форм, обоснована необходимость учета формы пакета при по-

строении математической модели процесса теплообмена.

4. Рассмотрен стационарный процесс теплопередачи через много-

слойные пакеты материалов с учетом зависимости коэффициен-

тов теплопроводности от температуры. Проведены расчеты зави-

469

симости теплового сопротивления пакета материалов для низа

обуви от воздействия низких температур.

5. Определены теплофизические характеристики обувных материа-

лов методом нестационарной теплопроводности на установке,

созданной в МГУДТ.

6. Построена модель ботинка с помощью геометрических объектов:

многослойных пластины, цилиндрического и сферического сег-

ментов.

7. Построены математические модели процесса локального неста-

ционарного теплообмена для системы « стопа − обувь − окру-

жающая среда». Математические модели представляют собой

решения краевых задач для многослойных плоских, цилиндриче-

ских и сферических пакетов с граничными условиями 1–4-го рода

и позволяют рассчитать динамику изменения температуры внутри

пакета материалов при воздействии низких температур.

8. Разработано программное обеспечение для расчета распределе-

ния температуры внутри пакета материалов и расчета зависимо-

сти удельных и абсолютных теплопотерь с поверхности различ-

ных конструктивных узлов обуви. На программный продукт по-

лучено свидетельство об официальной регистрации прав для

ЭВМ.

9. Обоснована и разработана методика определения времени ком-

фортного пребывания стопы в обуви при условии воздействия на

нее низких температур.

10. Созданы опытные образцы двух моделей ботинок с клеевым ме-

тодом крепления. Проведены эксперименты по определению за-

висимости температуры внутриобувного пространства в различ-

ных деталях обуви от времени пребывания носчиков при воздей-

ствии низких температур.

11. Проведен сравнительный анализ результатов экспериментов с

теоретическими расчетами, выполненными с использованием по-

строенных математических моделей и программ, написанных в

математическом редакторе Maple 9.5. Полученная относительная

погрешность отклонения экспериментальных данных от теорети-

ческих вычислений не превышает 5%.

12. Разработан метод обоснования выбора пакетов материалов для

различных конструктивных элементов обуви для создания ком-

фортных условий при воздействии на нее низких температур. Для

различных пакетов материалов обуви проведен расчет зависимо-

сти температуры внутриобувного пространства от времени. Даны

470

рекомендации по использованию этих пакетов в различных кли-

матических зонах.

13. Результаты работы имеют социальный эффект, заключающийся в

обеспечении потребителей теплозащитной обувью, соответст-

вующей условиям эксплуатации ее при низких температурах.

14. Экономический эффект проведенных исследований выражается в

интеллектуализации труда конструктора с сокращением времен-

ных затрат на формирование пакетов обувных материалов для

обеспечения комфортных условий при воздействии низких тем-

ператур.