WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

УДК 677.026.424:625.877(043.3)

ТРЕЩАЛИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ОЦЕНКИ СВОЙСТВ НЕТКАНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность: 05.19.01 Материаловедение производств

текстильной и лёгкой промышленности

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Кострома - 2009 г.

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» на кафедре «Материаловедение и товарная экспертиза».

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, доцент Тюменев Юрий Якубович, Российский государственный университет туризма и сервиса

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Проталинский Сергей Евгеньевич, Костромской государственный технологический университет

Кандидат технических наук, доцент Сташева Марина Александровна, Ивановская государственная текстильная академия

Ведущая организация:

ОАО «Научно-исследовательский институт нетканых материалов» (ОАО НМ, г. Серпухов)

Защита состоится 26 июня 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: 156005, г. Кострома, ул. Дзержинского, 17, ауд. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 22 мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

П.Н. Рудовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время возрос уровень требований к изготовлению и качеству теплоизоляционных материалов вследствие высокой стоимости энергоресурсов, достаточно больших потерь тепла при их транспортировке и экологически вредным производством используемых материалов (например, пенополиуретана). Особенно следует отметить проблему ухудшения экологии, связанную с нарушением температурно – влажностного режима вечной мерзлоты в районах Западной Сибири и Крайнего Севера при прокладке не теплоизолированных нефте-газопроводов, что приводит к ухудшению флоры и фауны данных районов, изменению привычных мест обитания животных.

Одной из основных причин малоэффективного функционирования теплоизоляции является отсутствие методов, которые позволяют определить теплофизические свойства теплоизоляционных материалов с учетом требований условий эксплуатации в различных областях промышленности и строительства. Таким требованиям отвечают нетканые текстильные материалы, т.к они имеют достаточную высокую механическую прочность, плотность и пористость, просты и экономичны при производстве.

Следовательно, разработка методов оценки теплофизических свойств и создание эффективных, экологически чистых, дешевых теплоизоляторов на базе нетканых материалов задача весьма своевременная и актуальная.

Данная научно-исследовательская работа является составной частью НИОКР, проводимой по Государственному контракту с Департаментом по науке и промышленной политики Правительства Москвы (тема: «Разработка специальных текстильных материалов, имеющих повышенные физико-механические параметры, для использования в различных областях промышленности и строительства») и исследований по теме: «Разработка принципов и приемов управления состоянием массивов горных пород в криолитозоне» (МГУ им. М.В.Ломоносова, геологический факультет).

Цель и задачи работы. Целью работы является совершенствование методов расчета и оценки свойств нетканых текстильных полотен технического назначения с учетом требований эксплуатации и параметров структуры материалов.

Достижение поставленной цели предполагает:

- разработку метода определения эффективного коэффициента теплопроводности теплоизолятора, в зависимости от плотности и пористости материала;

- определение рационального волокнистого состава нетканых материалов;

- экспериментальную оценку правомерности использования предлагаемой аналитической модели для расчета эффективного коэффициента теплопроводности рассматриваемых материалов;

- изготовление опытного образца нетканого текстильного материала в соответствии с результатами, полученными аналитическим путем;

- разработку и создание экспериментальной установки для определения коэффициента теплопроводности волокнистых материалов на базе современной электронно-вычислительной техники;

- разработку методики определения эффективного коэффициента теплопроводности волокнистых материалов на новой экспериментальной установке;

- экспериментальное определение эффективного коэффициента теплопроводности изготовленного нетканого текстильного материала;

- расчет рациональной толщины материала предназначенного для теплоизоляции холодильных установок, горячих трубопроводов и газопроводов;

- разработку методики проектирования нетканых текстильных теплоизоляционных материалов с учетом условий эксплуатации.

Методы исследования. В процессе проведения теоретических исследований применялись: методы математического анализа и уравнений математической физики, Для проведения расчетов использовались табличный процессор Microsoft Excel, программный комплекс «Mathcad PLUS 6.0».

Экспериментальные исследования проводились при помощи: измерителя теплопроводности ИТ--400, разработанной экспериментальной установки с использованием программно-аппаратных средств стандартного лабораторного оборудования. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием современных статистических методов.

Научная новизна работы. В диссертационной работе впервые:

- предложен метод расчета эффективного коэффициента теплопроводности в зависимости от плотности и пористости материала;

- получены зависимости между физико-механическими параметрами нетканого материала и его эффективным коэффициентом теплопроводности;

- получены рациональные численные значения эффективного коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала;

- разработан графический способ определения волокнистого состава и требуемых параметров нетканого теплоизоляционного материала;

- разработана методика определения эффективного коэффициента теплопроводности материалов на новой экспериментальной установке;

- определены опытным путем значения эффективного коэффициента теплопроводности выпускаемых нетканых материалов;

- разработана методика проектирования нетканых материалов с учетом условий эксплуатации.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- установлено, что в качестве структурных элементов нетканых теплоизоляционных материалов следует использовать полиэфирные, стеклянные, полипропиленовые волокна;

- определена требуемая толщина материала для теплоизоляции холодильных установок, горячих трубопроводов и газопроводов;

- разработан и изготовлен опытный образец иглопробивного нетканого материала, применение которого для теплоизоляции нефте-газопроводов способствует сохранению экологического состояния вечномерзлых грунтов в районах Западной Сибири и Крайнего Севера;

- разработана, изготовлена и успешно прошла лабораторные испытания экспериментальная установка, предназначенная для определения коэффициента теплопроводности волокнистых материалов.

Основные результаты работы получили подтверждение и внедрены в АО «ГАЗКОМ», ООО «ТЕКС-ЦЕНТР», ЗАО «ТЕХНОТКАНИ».

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на: Международной научно-технической конференции «Прогресс–97» (Иваново, 1997г); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценка их качества» «Материаловедение - 99» (Москва, 1999 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-97» (Москва, 1997 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГАСБУ, 1996-1998 г.г.; заседаниях кафедр «Электроники и электронных информационных систем» и «Материаловедение» МГУС, 1997-2001 г.г.; на заседании научно-технического совета Института технологии сервиса МГУС, 2000-2002 г.г.; кафедре «Материаловедение и технология швейных изделий» КГТУ, 2007 г.; на заседании научно-технического совета ОАО «Научно-исследовательский институт нетканых материалов» (г. Серпухов, 2007 г.); кафедре «Инженерная геокриология» МГУ им. М.В.Ломоносова, 1998–1999 г.г. Работа в 1998 году удостоена диплома Всероссийского конкурса «Молодые дарования», проводимого обществом «ЗНАНИЕ» и РАО «ГАЗПРОМ».

Публикации. По материалам диссертации имеется 13 печатных работ, из них: 3 монографии (в соавторстве), 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов кандидатских диссертации и 7 работ в других научных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с выводами, списка использованных источников, включающего 135 наименований, и 4 приложения на 68 страницах. Работа изложена на 129 страницах, имеет 42 таблицы, 28 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна и практическая значимость диссертации, формулируются цели и задачи исследования.

В первой главе проводится анализ методов математического моделирования и экспериментального определения коэффициента теплопроводности дисперсных материалов, а также требований, предъявляемых к теплоизоляционным материалам в зависимости от условий эксплуатации.

Анализ работ А.В. Лыкова, П.А. Колесникова, Г.М. Кондратьева, А.Ф. Чудновского, Стельмашенко В.И., Б.Н. Кауфмана, Г.Н. Дульнева и др. показал, что в настоящее время не достаточно разработаны математические зависимости, которые позволили бы с достаточной для технических расчетов точностью, вычислить значение коэффициента теплопроводности дисперсных материалов теоретическим путем, что обусловлено рядом грубых допущений, связанных с заранее заданными формой структурных элементов, градиент температуры на границе твердой и газовой фаз, размеры пор. Использовать какую-либо из существующих моделей для оценки свойств нетканых полотен крайне затруднительно в связи с хаотическим расположением волокон в материале.

Анализируя методы экспериментального определения эффективного коэффициента теплопроводности волокнистых материалов можно сделать следующие выводы. Приборы, в основу работы которых положен стационарный метод, имеют малую эффективность, обусловленную длительностью проведения опыта, необходимостью в специальных теплоизоляционных устройствах, использованием большого количества термопар и т.д. Более целесообразно использовать приборы, основанные на методе регулярного теплового режима, что основывается на относительной простоте и точности проведения эксперимента, независимости результатов опытов от начального теплового состояния образца.

В результате анализа литературных источников были определены цель и задачи исследования.

Во второй главе производится разработка метода анализа и расчета эффективного коэффициента теплопроводности нетканого теплоизоляционного материала.

Необходимость разработки нового метода обусловлена тем, что ни один из существующих методов не учитывает условий перспективной эксплуатации теплоизоляционного материала, а также хаотическое расположение волокон в иглопробивных нетканых полотнах.

При разработке нового метода, позволяющего провести расчет эффективного коэффициента теплопроводности, целесообразно представить рассматриваемый нетканый материал как вязкоупругую сплошную среду, имеющую капиллярно-пористое строение и волокнистую структуру.

Положенная в основу аналитических исследований степенная зависимость эффективного коэффициента теплопроводности материала эф от отношения плотностей материала V и волокон базируется на результатах анализа научных работ Б.А. Бузова, П.А. Колесникова, В.И. Стельмашенко, А.П. Жихарева, К. Торкара, А.С. Ляликова, В.З. Богомолова и других ученых:

эф = L (V / ) m, (1)

где: эф, - эффективный коэффициент теплопроводности;

V - плотность материала;

- плотность структурных элементов, составляющих материал;

L - коэффициент пропорциональности;

m - показатель, характеризующий степень нелинейности функции.

Для вычисления значений эф, V/, L и m используется метод исследования на экстремум заданной функции при наличии дополнительных условий:

0, при 1 (V / ) 2

F( Y ) = [(V / ) - 2 ] при (V / ) 2

[ 1 - (V / )] при (V / ) 1

где: 1, 2 - величины отношения (V / ) соответственно при минимальном 1 и максимальном 2 значениях эффективного коэффициента теплопроводности.

Искомым является вариант, при котором в интервале 1 (V /) 2 минимумы F(Y) и исследуемой функции L Y m = L е [mln (Y)] совпадают:

1

= 2 [ L Y m F ( Y ) ] Y m dY = 0

0

1

= 2 [ L Y m F ( Y ) ] L Y m ln ( Y ) d Y = 0

0

1

где: Mi ( L, m ) = [ L Y m F(Y) ]2 dY.

0

После преобразований приведенных уравнений получены зависимости для определения параметров модели:

- показателя нелинейности функции m в виде:

[1/(m +1)] {2 ( m + 1 ) [1 (m + 1) ln (2 )] 2 1( m + 1 ) [( m + 1) ln (1) 1]} +

+ [1/(m +1)2]{1( m + 2 ) [(m +2) ln (1) 1] 2( m + 2 ) [1 (m + 2) ln (2)] + 1} -

{1/[(2m +1)(m + 1)(m +2)]} [1( m + 2)+ m (1 2 ) + (1 22) + 2( m + 2) = 0;

- коэффициента пропорциональности L:

L = [(2m + 1) / (m +1)(m +2)] [1 ( m + 2 ) + m(1 2) + (1 22) + 2 ( m + 2 )].

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»