автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка методов исследования теплофизических свойств нетканых материалов

Шарпар Николай Михайлович

Разработка методов исследования теплофизических свойств нетканых материалов

Специальность 05.19.01 Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

Москва - 2013 г.

005542091

005542091

Шарпар Николай Михайлович

Разработка методов исследования теплофизических свойств нетканых материалов

Специальность 05.19.01 Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2013 г.

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии» на кафедре промышленной теплоэнергетики.

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Жмакин Л.И.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор,

профессор кафедры физики ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» Шаблыгин М.В.

кандидат технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» Тюменев Ю.Я.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный

политехнический университет»

е>о

Защита состоится « £ту> декабря 2013 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.144.06 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Автореферат разослан « /¿5"» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.144.06 д.т.н., проф. у

Ю.С.Шустов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Современные нетканые материалы на основе природных и синтетических волокон нашли широкое применение в различных областях экономики. Их активно используют в качестве эффективной тепловой и звуковой изоляции в промышленном и гражданском строительстве, для теплоизоляции участков технологических трубопроводов и различного оборудования. Они применяются в машиностроении и автомобилестроении в качестве фильтрующих и прокладочных сред, уплотнителей, а также при производстве мебели. Важную роль нетканые материалы играют и в легкой промышленности при изготовлении одежды и обуви, обеспечивая комфортные условия для человека.

Основной проблемой при создании нового ассортимента нетканых материалов является изучение влияния их теплофизических и структурных характеристик на общие теплозащитные свойства, воздухо- и паропроницае-мость. Такие характеристики материала изучены недостаточно подробно и прежде всего в экспериментальном плане. В диссертации проведен широкий спектр исследований теплофизических свойств и особенностей тепломассоб-мена в нетканых материалах (войлоках), на основе которых разработаны математические модели тепломассопереноса в них. Теплозащитные свойства волокнистых теплоизоляционных материалов и их воздухопроницаемости зависят от состава, технологии изготовления и структуры материалов, входящих в состав теплоизоляционного покрытия. Исследование влияния всех этих факторов на теплозащитную функцию и воздухопроницаемость представляет довольно серьезную проблему, решение которой даст возможность создавать теплоизоляционные покрытия с заранее определенными свойствами. В связи с этим исследование процессов тепломассообмена в пористых текстильных материалах актуально, так как полученные закономерности устанавливают связи строения, теплозащитных свойств и показателей качества нетканых материалов, которые необходимы для проектирования новых текстильных материалов и разработки соответствующих технологий их изготовления.

Диссертационная работа проводилась в соответствии с планами научно-исследовательских работ кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» и государственным заданием Министерства образования и науки РФ (НИР 7.2973.2011).

Дель и задачи работы. Целью диссертации является разработка методик и устройств, предназначенных для исследования теплофизических характеристик нетканых материалов, изучение протекающих в них процессов теп-ломасообмена, а также разработка математических моделей, позволяющих прогнозировать особенности протекания этих процессов в условиях эксплуатации. Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие

научные и технические задачи:

1) создать лабораторные установки и провести экспериментальные исследования свойств нетканых материалов: - удельной теплоемкости, коэффициента теплопроводности, коэффициентов воздухо- и паропрони-цаемости, а также эффективного диаметра пор;

2) разработать методику и провести исследования коэффициентов теплоотдачи на поверхности нетканых материалов в условиях свободной и вынужденной конвекции воздуха, а также коэффициентов объемной теплоотдачи при фильтрации через эти материалы воздуха;

3) провести экспериментальные исследования кинетики сушки и процессов влагопереноса в нетканых материалах с помощью разработанных для этих целей экспериментальных методик и лабораторного оборудования;

4) разработать математические модели тепломассопереноса в нетканых материалах.

Научная новизна.

1) Проведены экспериментальные исследования теплопроводности и теплоемкости нетканых материалов (шерстяных войлоков) при температурах до 100°С.

2) Экспериментально изучены воздухопроницаемость различных образцов войлоков, их пористость и эффективные диаметры пор.

3) Разработаны методики для исследования процессов теплоотдачи. Измерены коэффициенты теплоотдачи на поверхности войлока при свободной и вынужденной конвекции воздуха, а также коэффициенты объемной теплоотдачи при фильтрации воздуха через войлочный слой.

4) Экспериментально изучены процессы переноса влаги в слое войлока, а также кинетика его сушки.

5) Разработаны математические модели тепловлагопереноса в нетканых материалах. Проведены теоретические расчеты температурных полей при фильтрации воздуха в войлоке, а также расчеты коэффициента его воздухопроницаемости.

Практическая ценность и значимость работы.

1) Разработаны методики и созданы экспериментальные установки для исследований теплофизических характеристик нетканых материалов. .

2) Получены практически важные справочные данные по удельной теплоемкости, теплопроводности, воздухо- и паропроницаемости войлоков, а также по эффективным диаметрам пор.

3) Разработаны математические модели и методы анализа характеристик тепломассообмена в нетканых материалах, позволяющие рассчитать коэффициенты тепломассопереноса.

4) Результаты работы могут быть использованы на предприятиях по производству современных нетканых материалов и изделий из них для исследования и контроля их свойств и показателей качества готовой продукции. Лабораторные установки будут полезны студентам кафедры «Промышленная теплоэнергетика» МГУДТ в качестве учебной базы

при изучении ими курсов «Тепломассообмен» и «Метрология, сертификация, технические измерения и автоматизация тепловых процессов», а также при выполнении курсовых, дипломных и научно-исследовательских работ.

Достоверность основных научных положений и выводов диссертационной работы обусловлена использованием в ней современных методов исследования тепловых процессов, включающих их математическое и физическое моделирование, удовлетворительной воспроизводимостью результатов экспериментов, а также соответствием расчетных и опытных данных.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на X Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «Научно- техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2010г.), на 64-й межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (Кострома, 2011г.), на Всероссийской научной конференции молодых ученых С-Петербургск. гос. ун-т технологии и дизайна. (С-Петербург 2011г.), на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» «(Г10ИСК-2011)» (Иваново, 2011г.), на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «Научно- техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2011г.), на Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2011) (Москва, 2011г.), на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы развития текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2012г.), на 65-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (Кострома, 2013г.), на VI Чебоксарской научно-практической конференции «Применение новых текстильных и композитных материалов в техническом текстиле» (Чебоксары, 2013г.), на Международной научно-технической конференции «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности». - М.: ФГБОУ ВПО «МГУДТ», (Москва, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы в отечественных научных журналах и сборниках. В их число входят 3 статьи в -рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка из наименований. Работа изложена на ¡ЙГстраницах, содержит А таблиц и Л иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, рассмотрены этапы

их решения. Дана краткая характеристика научной новизны и практической значимости полученных результатов.

В первой главе приведены основные характеристики теплоизоляционных нетканых материалов как объектов исследования, перечислены области их применения. Здесь же дан литературный обзор методов и средств для экспериментального определения теплофизических параметров нетканых материалов (коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости), коэффициентов воздухопроницаемости и паропроницаемости, а также их влажности и влагопроницаемости. Анализ показал, что в литературе все еще недостаточно комплексных исследований теплофизических свойств нетканых материалов. В особенности это относится к войлочным материалам, для которых многие теплофизические характеристики все еще не изучены.

Во второй главе описаны результаты исследования структуры поверхности образцов войлока, выполненные на цифровом микроскопе. Здесь же представлены методики, установки и результаты экспериментов по определению теплопроводности и теплоемкости войлока. Опыты проводились на различных образцах войлока, выпускаемых на предприятии ОАО «Горизонт» (тонкошерстный ТПрА 8=4 мм, полугрубошерстный ППрА 5=8 мм и грубошерстный ГПрА 8=10 мм).

Коэффициент теплопроводности был измерен стационарным методом плоского слоя и нестационарным методом регулярного режима с использованием лямбда- и бикалориметров.

0

1 -нагреватель;

2- образцы войлока;

3-теплоизоляционные пластины;

4- источник питания

1

0,06 0,059 С 0,058 Ц 0-057 0,056 0,055 0,054

вг

|*г

||< к*

28 33 38 43 48 53 58 63 1,'С

♦ нагрев ■ охлаждение

Рис. 1. Схема установки плоского слоя Рис. 2. Теплопроводность войлока ТПрА 5=4 мм

В установке плоского слоя два войлочных образца располагались симметрично относительно электронагревателя площадью/. В опытах измерялся перепад температур в образце А Пл. мощность нагревателя ¡V. Расчетное уравнение для коэффициента теплопроводности имело вид

А = д/8го/(0, (1)

где плотность теплового потока д = (Ж - А<2п )/2/ и градиент температуры Поправка на торцевые потери тепла определялась расчетным

путем и не превышала 5%. Результаты измерений для войлока ТПрА показаны на рис. 2.

Теплопроводность была также измерена нестационарным методом регулярного режима с помощью ^-калориметра (прибор ЛКТ-1) и бикалори-метра с альфа-блоками. Тарировка этих приборов по воздушным зазорам позволила установить связь термической проводимости {Ш) исследуемого объекта с темпом его охлаждения т в виде линейной зависимости

Х/6 = Ат-К , (2)

где постоянные приборов имели следующие значения: А = 52800 Дж/м2 гр и К = 37,4 Вт/м2 гр для ^.-калориметра иА= 15840 Дж/м2гр и К= 2,29 Вт/м2гр для бикалориметра. С помощью уравнения (2) по измеренному в эксперименте темпу охлаждения образца войлока рассчитывался его коэффициент теплопроводности. Усредненные данные, полученные при комнатной температуре, сведены в таблицу 1.

Рис. 3. Схема установки для исследования теплоемкости войлока.

1- электрическая печь;

2- металлический блок;

3- теплоизоляция печи;

4- рабочая зона печи;

5- керамическая заглушка;

6- фиксирующая игла;

7- капсула с образцом; 8,12-датчии температуры;

9- калориметрический блок;

10- оболочка калориметра;

11- центрирующие винты; 13- защитный экран.

Погрешность измерения теплопроводности войлока - 10% для стационарного и 15% для нестационарного метода измерений. В пределах этих погрешностей опытные данные согласуются между собой.

Теплоемкость войлока определена методом смешения (см. рис. 3). Исследуемые образцы в металлической капсуле нагревались в печи до температуры ги а затем сбрасывались в калориметр с изотермической оболочкой. При этом массивный блок калориметра с начальной температурой Ц нагревался до ¡2, а из теплового баланса удельная теплоемкость войлока

с=а(*2 ~*0)+Ч~мкск(Ч ~*г) рч

М(*!-/2)

Обозначения в (3): А - тепловое значение калориметра, М- масса образца, д -потери тепла при проведении опыта, которые находились расчетным путем, Мк и с* - масса и теплоемкость материала капсулы. Найденная величина теплоемкости относилась к средней температуре [/] + ¡2 ]/2. Тепловое значе-

ние А=654 Дж/град; оно было определено градуировкой прибора по эталонному веществу (воде). Результаты измерений также приведены в таблице 1.

_Таблица 1

Тип и толщина образцов войлока Коэффициент теплопроводности, Вт/м гр Удельная теплоемкость, КДж/кг гр

^.-калориметр (ЛКТ-1) бикалориметр

ТПрА 5=4 мм 0,054 - 1,51

ППрА 5=8 мм - 0,06 1,50

ГПрА 5=10 мм - 0,065 1,48

Погрешность измерения удельной теплоемкости не превышала 2,4%.

В третьей главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований коэффициентов теплоотдачи на поверхности войлока в условиях свободной и вынужденной конвекции воздуха, а также коэффициентов объемной теплоотдачи при фильтрации воздуха через войлочный слой.

Для изучения поверхностной теплоотдачи был использован метод регулярного режима охлаждения предварительно нагретых образцов войлока в спокойном или движущемся воздухе. Теоретические основы методики измерений были впервые рассмотрены в трудах Г.М.Кондратьева. Из уравнения дифференциального теплового баланса для остывающего на воздухе плоского образца войлока можно получить соотношение, связывающее темп охлаждения т - со средним коэффициентом теплоотдачи ау

т = ару/{рсд), (4)

где р, с и 5 - плотность, теплоемкость и полутолщина образца, ц/ -в^

параметр неравномерности температурного поля; вf, ву - усредненные по

поверхности и объему избыточные температуры образца. Существует эмпирическое уравнение для параметра температурной неравномерности

у/ = (вТ2 +1,437*7 +1)"0'5, (5)

в котором присутствует модифицированное число Био В г

а коэффициент формы образца может быть приближенно определен по формуле для бесконечной пластины, т.е. К и (тт/2$) 2.

Подставив (5) в (4), получим для коэффициента теплоотдачи

af = трсд\агК1?„8У+\АЪ1а^11д + }§'5 (6)

Таким образом, измерив темп охлаждения образца и численно решив уравнение (6), можно найти коэффициент теплоотдачи.

При исследовании теплоотдачи образец нагревали в сушильном шкафу, затем быстро вынимали и устанавливали вертикально в рамке. Его температура измерялась инфракрасным пирометром, сигнал с которого регистрировался компьютером. По температурной кривой находили темп охлаждения.

Для определения конвективной составляющей из общей теплоотдачи исключали радиационную компоненту, т.е. Щ где

«Я = ж(Тп +То\тп+Т0). (7)

В формуле (7) е — степень черноты поверхности войлока; сг - постоянная Стефана-Больцмана, Тпк То - абсолютные температуры поверхности образца и наружного воздуха. Результаты исследования теплоотдачи при свободной и вынужденной конвекции воздуха показаны на рис. 4 и 5.

ак,Вт/м2гр аВк.ВтЛл2гр

10 5

<10 50 60 70 80

Рис. 4. Коэффициент теплоотдачи войлока при свободной конвекции воздуха.

20 10

Рис. 5. Коэффициент теплоотдачи войлока при вынужденной конвекции при ы=4,3 м/с

О-5=4 им

□-(»Зим

О-5= 10мм □ оа о а ° о о о °

, о*

о-5=4мм □-6=8им

На рисунках опытные данные сопоставлены с расчетными, полученными с помощью критериальных уравнений подобия для гладкой поверхности при ламинарном режиме течении воздуха в пограничных слоях. Оказалось, что экспериментальные значения коэффициентов теплоотдачи выше расчетных на 30...40%. По-видимому, это связано с ворсистостью войлока. Жесткий шерстяной ворс, выступающий над поверхностью, проникает в пограничный слой воздуха и разрушает его ламинарную структуру. Тем самым, ворсистость можно рассматривать как своеобразную искусственную шероховатость поверхности, а, следовательно, как фактор, способствующий интенсификации теплоотдачи к воздуху.

При свободной конвекции коэффициент теплоотдачи заметно снижается при остывании войлока (см. рис. 4), одновременно падает и темп охлаждения образца. Поэтому приходилось вводить предположение о квазирегулярности процесса, считая темп постоянным на малых интервалах времени.

Эксперименты в условиях вынужденной конвекции проводились прй симметричном обдуве войлока воздухом с помощью вентиляторов. Установлено, что зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры поверхности отсутствует, а темп охлаждения образца оставался постоянным в течение всего периода измерений. Таким образом, в условиях вынужденной конвекции можно гораздо точнее выдержать требование постоянства коэффициента теплоотдачи при охлаждении образца и получить более надежные экспериментальные данные. Кроме того, здесь можно не вводить предположение о квазирегулярности охлаждения.

Объемная теплоотдача в порах войлока при фильтрации воздуха была изучена на установке, схема которой приведена на рис. 6.

Исследуемый образец 4 войлока диаметром 50 мм был размещен в рабочей зоне установки 10. Температуры на верхней и нижней поверхностях образца измерялись в трех точках термопарами 7 и 8. Вентилятор 1 обеспечивал движение воздуха через нагревательный элемент 2. Затем горячий воздух поступал в рабочую зону и проходил через образец. Термопары 6 и 9, подключенные к милливольтметру 14, измеряли температуру воздуха перед образцом и после него. Скорость воздушного потока определялась двумя ротаметрами 11с различными диапазонами измерений, его расход контролировался также газовым счетчиком 12. Для измерения давлений воздуха до и после исследуемого образца служили жидкостные и-образные манометры 17. При различных скоростях фильтрации в экспериментах определялись температуры воздуха на входе в войлочный слой, на выходе из него, а также на поверхностях образца войлока.

Коэффициент объемной теплоотдачи в войлоке описывался в одномерном стационарном приближении дифференциальными уравнениями .2.

вх (8) Ргср2™-Г = Я2-т + «V (Л - {2 )

Здесь Л - теплопроводность, р - плотность,, ср - теплоемкость, а„ - объемный коэффициент теплоотдачи, Г - температура, н> - средняя скорость воздуха в микроканалах ( м> = ^ф/П, где П-пористость скорость фильтрации),

х - координата поперек войлочного слоя; индексы «1» и «2» относятся к волокнистому каркасу и газу, соответственно.

Решение системы (8) при граничных условиях 1-го рода на входе в образец (т.е. при х=0) дало следующие зависимости для избыточных температур сред, определенных как (в^ = Ь,2 ~ 12 ):

вХ{х)-

Г2~>\

-в\ ехр(^х)--2—в\ ехр^х)

12-1

е2 (х) =-!--в* [ехр(пх) - ехр(г2х)]

ё2сР2 Г2~Л

где £2 = Р2^ф ' удельный расход воздуха в войлоке, в\

метры Г], г2 выражаются так: (

1,2=-

-(2 >

- +

2ё2ср2

к2ё2ср2

ау к

0,5

а пара-

(10)

Поскольку значения избыточных температур на выходе (при х=§) известны из эксперимента, то их подстановка в (9) дает систему уравнений относительно Г}, г2- Она решалась численно в среде «Майгсас!», а затем из (10) находился коэффициент объемной теплоотдачи:

ау=-82ср2(г\+гг)-

В качестве примера на рис. 7 приведены данные, полученные на образцах войлока ТПрА.

__ На этом же рисунке показаны

и результаты расчетов по двум эмпирическим уравнениям, приведенным в технической литературе. Однако они рекомендованы для пористых структур из проволочных сеток и лишь иллюстрируют качественную сторону процесса объемной теплоотдачи в пористой среде. С помощью опытных данных по коэффициентам объемной теплоотдачи были рассчитаны температурные поля в войлочном слое при фильтрации через него воздуха.

В четвертой главе описаны методики, экспериментальные установки и результаты исследований пористости, воздухопроницаемости и влагоперено-са в войлоке.

На рис. 8 приведена схема установки для определения эффективного диаметра пор капиллярным методом. Вода из буферной емкости 8 под давлением газа в баллоне 1 поступала в рабочую ячейку 13 и проходила через закрепленный в ней образец войлока 16 толщиной §. В экспериментах измерялся перепад давления на образце АР и объем жидкости АУ, поступавшей в мерный сосуд 19, за время Ах. Диаметр пор находили по формуле

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Рис. 7. Объемная теплоотдача в войлоке ТПрА 5=4 мм

32ДК//5

¿ = „

' еЗАРАт где е — пористость образца, 51 -

площадь его сечения, ц — вязкость жидкости.

Пористость определялась как доля пустот в образце известной геометрии; для ее измерения использовалась методика, основанная на взвешивании сухих образцов войлока и полностью насыщенных жидкостью.

7 вода 6

Рис. 8. Схема установки для исследования пористости

Рис. 9. Схема установки для исследования воздухопроницаемости

Обработка опытных данных показала, что пористость разных образцов войлока составляла с =0,61...0,64, а эффективный диаметр пор изменялся в пределах <1 = 31,8.. .34,7 мкм.

Схема установки для исследования воздухопроницаемости войлока представлена на рис. 9. Она позволяла также измерять проницаемость образцов при движении в них воздуха, насыщенного влагой. Для этого служил ультразвуковой увлажнитель 6.

Основным элементом установки является цилиндрическая рабочая камера 1, в которой фиксировался исследуемый образец 18 диаметром 50 мм. Атмосферный воздух проходил через увлажнитель 6, поступал в циклон 7 для удаления из потока крупных капель, которые собирались в сосуде 9, а затем во входной патрубок 5. После образца воздух по патрубку 10 отводился из рабочей зоны всасывающим вентилятором 19. Для измерения расхода воздуха служили два ротаметра 14, 15 с различными диапазонами измерений. В режиме прососа сухого воздуха увлажнитель 6 отключался.

Коэффициент воздухопроницаемости войлока рассчитывался по уравнению Дарси

К = (12)

где V/ — скорость фильтрации воздуха, ц — динамическая вязкость воздуха, АР — перепад давления на образце толщиной д.

Воздухопроницаемость была измерена на трех марках войлока ТПрА, ППрА и ГПрА с толщинами полотна 4, 8 и 10 мм, соответственно. Скорость фильтрации составляла 0,012...0,1 м/с, перепад давления - 30...370 Па. Для каждого типа исследуемого материала измерения проводились на трех об-

разцах, что позволило накопить большой объем экспериментальных данных. Они представлены на рис. 10, 11.

& °0 0,02 0,04 0,06 0,08 0.1 0,12

Рис. 11. Воздухопроницаемость войлока, насыщенного влагой

Во всех случаях наблюдалось возрастание коэффициента проницаемости войлока при увеличении скорости фильтрации. У войлока, насыщенного влагой, этот коэффициент был почти в 2 раза ниже, чем у сухого. Это связано с набуханием образцов и с уменьшением размеров пор, что приводило к росту гидравлического сопротивления образцов. Данные для увлажненных образцов войлока характеризовались худшей воспроизводимостью.

В этой же главе приведены результаты исследования сушки образцов войлока методом фильтрации воздуха. Эксперименты проводились на установке, схема которой показана на рис. 6. В рабочий участок устанавливали образцы, предварительно выдержанные в сосуде с водой. Фильтрация холодного или подогретого воздуха обеспечивалась вентилятором, а влагосодер-жание образцов в различные моменты измеряли весовым методом. При сушке гидравлическое сопротивление войлока уменьшалось с влагосодержанием, поэтому для поддержания постоянной скорости фильтрации регулировали мощность электродвигателя вентилятора.

Рис. 10. Воздухопроницаемость сухих образцов войлока

0.02 0.04 0,06 0.08 С Скорость фильтрации М/.м/с

кг/кг

У/, кг/кг

- ТПрА, 8=4 мм

■ ППрА, 6=8 мм

■ ГПрА, 6=10 мм

П1_и=_I_~—- »-----—

и 2000 4000 6000 8000 10000 т>с Рис. 12. Кривые сушки различных образцов войлока фильтрацией воздуха при 1=5 8°С

1- 1=18°С

2- 1=37°С "

3- 1=5 8°С

4-1=б8°С -

Рис. 13. Кривые сушки войлока ТПрА при различных температурах воздуха

На рис. 12 показаны кривые сушки войлока при фильтрации через них воздуха с температурой (1=5 8°С), а на рис. 13 - соответствующие кривые для войлока ТПрА толщиной 4 мм при различных температурах фильтруемого

воздуха. С помощью этих кривых определены время сушки и скорость сушки

войлока.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ известных экспериментальных методов исследований теплофизических характеристик нетканых материалов - теплопроводности, теплоемкости, воздухо- и паропроницаемости. Показано, что в научно-технической литературе все еще недостаточно комплексных исследований важнейших эксплуатационных свойств этих материалов.

2. Разработаны методики, установки и проведены экспериментальные исследования коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости образцов войлока марок ТПрА, ПпрА и ГПрА. Опытные данные по теплопроводности, полученные различными методами, удовлетворительно согласовались друг с другом.

3. Создана экспериментальная установка, на которой были проведены исследования пористости различных образцов войлока и эффективного диаметра пор.

4. Разработана и создана установка, позволяющая исследовать воздухо- и влагопроницаемость войлока в реальных условиях его эксплуатации при наличии ветра и дождя. На этой установке был получен большой массив экспериментальных результатов, как для сухого войлока, так и для насыщенного влагой.

5. Разработана методика и установка для изучения теплоотдачи войлока в условиях свободной и вынужденной конвекции воздуха. Установлено, что в условиях ворсистой поверхности войлока коэффициенты теплоотдачи на 30...40% выше, чем для гладких поверхностей.

6. Разработана методика и создана экспериментальная установка для исследования коэффициентов объемной теплоотдачи при течении воздуха в войлочном слое. Полученные данные позволили рассчитать температурные поля при фильтрации воздуха в войлоке.

7. Проведены экспериментальные исследования кинетики сушки войлока методом фильтрации воздуха. Получены кривые сушки, определены скорость сушки и время сушки различных образцов войлока.

8. Разработана математическая модель для оценки порядка величины коэффициента воздухопроницаемости в нетканых материалах.

Основное содержание работы отражено в публикациях

1. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Исследование процесса сушки влажного нетканого материала перегретым паром. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. Иваново, 2011. №4,- с. 142-145.

2. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Экспериментальное определение коэффициента воздухопроницаемости текстильных материалов. // Известия вузов. «Технология текстильной промышленности». - Иваново, 2012. №6.- с. 148-151.

3. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Исследование теплоемкости нетканых капиллярно-пористых материалов. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. Иваново, 2013. №4. - с. 128-132.

4. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Тепломассообмен при термообработке влажного нетканого материала перегретым паром. // Сборник научных трудов аспирантов. Вып.17. - Москва: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011.- с. 83-87.

5. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Термообработка массивных текстильных полотен перегретым паром. // III Международная Научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях»-Москва, 2011// Тез. докладов. - с. 523-524.

6. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Исследование теплопроводности шерстяного войлока. // Тезисы докладов 63-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» посвященной 50-летию полета Ю.А. Гагарина в космос. Кострома, 2011.-с. 53-54.

7. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Измерение теплопроводности войлока методом регулярного режима. // Вестник молодых ученых Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна: сб. науч. тр.: в 4 ч., ч. 1: Естественные и технические науки / С. - Петербургский, гос. ун-т технологии и дизайна. - СПб.: СПГУТД, 2011.- с. 227-231.

8. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Измерение теплопроводности войлока методом регулярного режима. // Вестник молодых ученых Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна: сб. науч. тр.: в 4 ч. Ч. 4: тез. докл. Всеросс. науч. конф. молодых ученых «Инновации молодежной науки» / С. - Петербургск. гос. ун-т технологии и дизайна. - СПб.: СПГУТД, 2011 // Тез. докладов,- с. 251.

9. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Тепломассообмен в массивных телах. // Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» «(ПОИСК-2011)». Иваново, 2011// Тез. докладов,- с. 285-286.

10. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Экспериментальное определение составляющих коэффициента проницаемости текстильных материалов // Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов "Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности" (ПОИСК-2011)». Иваново, 2011//Тез. докладов,- с. 159-160.

11. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Исследование тепломассообменных процессов в пористых нетканых материалах. // II Международная Научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях»- Москва, 2010//Тез. докладов,- с. 387.

12. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Исследование теплофизических свойств текстильных материалов. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2011) - Москва: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011//Тез. докладов,- с. 237-238.

13. Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Перенос тепла и влаги в пористом текстильном материале. // Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы развития текстильной и легкой промышленности». Секц.Ю. - Москва:

Институт текстильной и легкой промышленности МГУТУ им. К.Г. Разумовского, 2012,- с. 63-65.

14.Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Теоретическая оценка порядка величины коэффициента проницаемости. // Сборник научных трудов аспирантов. Вып. 18. - Москва: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2012,- с. 106-109.

15.Шарпар Н.М., Жмакин Л.И. Исследование кинетики процесса сушки нетканого материала. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2012) - Москва: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2012 // Тез. докладов.- с. 65.

16.Шарпар Н.М. Внутренний тепломассообмен и модель поглощения влаги в процессе сушки. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2012) - Москва: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2012 // Тез. докладов,- с. 89-90.

17.Шарпар Н.М., Жмакин Л.И., Козырев И.В. Измерение теплопроводности войлока методом плоского слоя. // Тезисы докладов 64-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству». Кострома, 2013.- с. 84-85.

18.Шарпар Н.М., Жмакин Л.И., Козырев И.В. Теплоперенос в массивных текстильных капиллярно-пористых материалах. // Тезисы докладов 64-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству». Кострома, 2013,- с. 85-86.

19.Шарпар Н.М., Османов З.Н., Жмакин Л.И., Козырев И.В. Патент РФ на полезную модель. Номер заявки 2013132027 RU. Устройство для измерения воздухопроницаемости текстильных материалов. // Московский государственный университет дизайна и технологии. 2013 г.

20.Шарпар Н.М., Османов З.Н., Жмакин Л.И., Козырев И.В. Патент РФ на полезную модель. Номер заявки 2013132025 RU. Устройство для определения поперечной воздухопроницаемости текстильных материалов. // Московский государственный университет дизайна и технологии. 2013 г.

21.Шарпар Н.М., Жмакин Л.И., Исследование влияния структуры поверхности на коэффициент теплоотдачи волокнистых материалов в условиях свободной конвекции // Сборник научных трудов аспирантов. Вып. 19. - Москва: ФГБОУ ВПО МГУДТ, 2013. - с. 138-143.

22.Шарпар Н.М., Бородина Е.С., Османов З.Н. Экспериментальное исследование процесса течения жидкости в текстильном материале с каналами сложной геометрии. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности». -М.: ФГБОУ ВПО «МГУДТ», 2013.-е. 222- 223.

23.Шарпар Н.М., Бородина Е.С., Османов З.Н. Эффективность теплообмена при вынужденной конвекции теплоносителя (воздух) через пористые слои капиллярно-пористого текстильного материала. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности». - М.: ФГБОУ ВПО «МГУДТ», 2013.-е. 205-206.

Подписано в печать 21.11.13 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ № 175-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДТ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РИО МГУДТ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И

_ТЕХНОЛОГИИ_

На правах рукописи

ШАРПАР НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.19.01 Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., доцент ЖМАКИН Л.И.

Москва - 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. Обзор литературы. Постановка задачи исследования 11

1.1. Теплоизоляционные нетканые материалы как объекты ис- 11 следования и методы определения их тепловых характеристик

1.2. Методы и устройства для экспериментального исследова- 15 ния воздухопроницаемости

1.3. Особенности определения паропроницаемости нетканых 22 материалов.

1.4. Методы экспериментального определения влагопроницаемо- 32 сти нетканых материалов.

1.5. Основные выводы и постановка задач исследования 39

Глава 2. Экспериментальное исследование теплопроводности и 41 теплоемкости нетканых материалов

2.1. Структура поверхности образцов войлока. 41

2.2. Теплопроводность и методы ее определения. 43

2.3. Стационарный метод плоского слоя. 45

2.4. Метод регулярного режима охлаждения. 50

2.5. Исследование теплоемкости войлока. 60

2.6. Погрешности измерения теплофизических свойств войлока. 66 Глава 3. Исследование коэффициентов теплоотдачи нетканых 70 материалов к воздуху

3.1. Определение коэффициентов теплоотдачи к воздуху при 71 свободной конвекции

3.2. Установка для измерения коэффициентов теплоотдачи к 75 воздуху

3.3. Результаты измерений коэффициентов теплоотдачи войлока 78

к воздуху при свободной конвекции

3.4. Коэффициенты теплоотдачи войлока в условиях вынужден- 82 ной конвекции воздуха

3.5. Исследование коэффициентов объемной теплоотдачи вой- 85 лока

3.5.1. Математическая модель объемной теплоотдачи 86

3.5.2. Экспериментальная установка и результаты измерений 90 Глава 4. Разработка методик, экспериментальных установок и 97 проведение исследований воздухо- и влагопроницаемости нетканых материалов

4.1. Методика и установка для определения эффективного диа- 97 метра пор капиллярным методом

4.2. Экспериментальное исследование воздухопроницаемости и 101 паропроницаемости войлока

4.3. Методика и результаты исследования воздухопроницаемо- 103 сти

4.4. Сорбционные характеристики войлока 110

4.5. Исследование кинетики фильтрационной сушки войлока 114

4.6. Математическая модель для оценки коэффициента воздухо- 119 проницаемости нетканых материалов

ВЫВОДЫ 123

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 125

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время производство новых нетканых материалов интенсивно развивается во всем мире. Выпускается разнообразный ассортимент этих материалов с широким спектром свойств для различных областей применения. Нетканые материалы отличаются достаточной прочностью, гибкостью, экологической безвредностью, химической стойкостью.

Одно из важнейших направлений использования нетканых материалов связано с их высокими теплоизоляционными характеристиками. Так, например, они обеспечивают эффективную тепловую защиту людей от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Эти материалы широко используются в швейной промышленности в качестве утеплителя для одежды, при изготовлении головных уборов и обуви, мягких игрушек, постельных принадлежностей, мебели и др.

Они незаменимы и в различных отраслях промышленности для тепловой изоляции технологического оборудования, трубопроводов, арматуры; применяются при изготовлении средств защиты персонала, обслуживающего обжиговые и металлургические печи. Их используют в строительстве для утепления зданий и в сельском хозяйстве. Тем самым они обеспечивают существенный энергосберегающий эффект.

Особый класс нетканых материалов представляют собой войлоки из натуральных волокон. Это очень древние материалы, которые люди начали использовать приблизительно 2500 лет назад. Но и сегодня войлок продолжает оставаться востребованным как в промышленности, так и быту, потому, что свойства этого материала уникальны и полноценной замены ему до сих пор нет.

Современные технологии позволяют создавать новые нетканые материалы с заранее заданными свойствами. Материалы, используемые при изготовлении одежды, а также при утеплении жилища должны иметь не только

высокие теплоизоляционные качества, но и приемлемые воздухо- и паропро-ницаемось, чтобы обеспечить комфортные условия для человека.

Таким образом, возникает необходимость определения комплекса теплофизических свойств нетканых материалов - теплопроводности, теплоемкости, воздухопроницаемости, паропроницаемости. Попутно возникает задача исследования пористости этих материалов и эффективного диаметра межволоконных пор.

Тепловые потоки от объектов с теплоизоляционными покрытиями из нетканых материалов в окружающую среду существенно зависят от теплоотдачи на поверхности этих материалов. Поэтому необходимо определение коэффициентов теплоотдачи у воздуху как в условиях свободной, так и вынужденной конвекции (ветра). Ввиду ворсистости поверхности материала, которая воздействует на пограничные слои воздуха, коэффициенты теплоотдачи могут заметно отличаться от тех, которые рекомендованы для гладких поверхностей и подробно представлены в справочной литературе.

Нетканые материалы представляют собой пористые тела, через которые возможна фильтрация воздуха. Если температуры материала и воздушного потока различны, то возникает проблема расчета температурных распределений по толщине продуваемого пористого слоя. Для этого нужны данные по коэффициентам объемной теплоотдачи, которые могут быть получены только экспериментально.

Следовательно, влияние теплофизических характеристик на общие теплозащитные свойства теплоизоляционных покрытий из нетканых материалов весьма многопланово и представляет собой одну из актуальных проблем при проектировании этих материалов и эксплуатации изделий из них. Для решения этой задачи необходимы экспериментальные исследования, включая разработку их методического и приборного обеспечения. На базе этих исследований могут быть получены не только опытные данные, но и разработаны адекватные математические модели тепломассопереноса в нетканых материалах.

Актуальность темы.

Современные нетканые материалы на основе природных и синтетических волокон нашли широкое применение в различных областях экономики. Их активно используют в качестве эффективной тепловой и звуковой изоляции в промышленном и гражданском строительстве, для теплоизоляции участков технологических трубопроводов и различного оборудования. Они применяются в машиностроении и автомобилестроении в качестве фильтрующих и прокладочных сред, уплотнителей, а также при производстве мебели. Важную роль нетканые материалы играют и в легкой промышленности при изготовлении одежды и обуви, обеспечивая комфортные условия для человека.

Основной проблемой при создании нового ассортимента нетканых материалов является изучение влияния их теплофизических и структурных характеристик на общие теплозащитные свойства, воздухо- и паропроницае-мость. Такие характеристики материала изучены недостаточно подробно и прежде всего в экспериментальном плане. В диссертации проведен широкий спектр исследований теплофизических свойств и особенностей тепломассоб-мена в нетканых материалах (войлоках), на основе которых разработаны математические модели тепломассопереноса в них. Теплозащитные свойства волокнистых теплоизоляционных материалов и их воздухопроницаемости зависят от состава, технологии изготовления и структуры материалов, входящих в состав теплоизоляционного покрытия. Исследование влияния всех этих факторов на теплозащитную функцию и воздухопроницаемость представляет довольно серьезную проблему, решение которой даст возможность создавать теплоизоляционные покрытия с заранее определенными свойствами. В связи с этим исследование процессов тепломассообмена в пористых текстильных материалах актуально, так как полученные закономерности устанавливают связи строения, теплозащитных свойств и показателей качества нетканых материалов, которые необходимы для проектирования новых

текстильных материалов и разработки соответствующих технологий их изготовления.

Диссертационная работа проводилась в соответствии с планами научно-исследовательских работ кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» и государственным заданием Министерства образования и науки РФ (НИР 7.2973.2011).

Цель и задачи работы.

Целью диссертации является разработка методик и устройств, предназначенных для исследования теплофизических характеристик нетканых материалов, изучение протекающих в них процессов тепломасообмена, а также разработка математических моделей, позволяющих прогнозировать особенности протекания этих процессов в условиях эксплуатации. Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие научные и технические задачи:

1) создать лабораторные установки и провести экспериментальные исследования свойств нетканых материалов: - удельной теплоемкости, коэффициента теплопроводности, коэффициентов воздухо- и паропроницаемости, а также эффективного диаметра пор;

2) разработать методику и провести исследования коэффициентов теплоотдачи на поверхности нетканых материалов в условиях свободной и вынужденной конвекции воздуха, а также коэффициентов объемной теплоотдачи при фильтрации через эти материалы воздуха;

3) провести экспериментальные исследования кинетики сушки и процессов влагопереноса в нетканых материалах с помощью разработанных для этих целей экспериментальных методик и лабораторного оборудования;

4) разработать математические модели тепломассопереноса в нетканых материалах.

Научная новизна.

1) Проведены экспериментальные исследования теплопроводности и теплоемкости нетканых материалов (шерстяных войлоков) при температурах до 100°С.

2) Экспериментально изучены воздухопроницаемость различных образцов войлоков, их пористость и эффективные диаметры пор.

3) Разработаны методики для исследования процессов теплоотдачи. Измерены коэффициенты теплоотдачи на поверхности войлока при свободной и вынужденной конвекции воздуха, а также коэффициенты объемной теплоотдачи при фильтрации воздуха через войлочный слой.

4) Экспериментально изучены процессы переноса влаги в слое войлока, а также кинетика его сушки.

5) Разработаны математические модели тепловлагопереноса в нетканых материалах. Проведены теоретические расчеты температурных полей при фильтрации воздуха в войлоке, а также расчеты коэффициента его воздухопроницаемости.

Практическая ценность и значимость работы.

1) Разработаны методики и созданы экспериментальные установки для исследований теплофизических характеристик нетканых материалов.

2) Получены практически важные справочные данные по удельной теплоемкости, теплопроводности, воздухо- и паропроницаемости войлоков, а также по эффективным диаметрам пор.

3) Разработаны математические модели и методы анализа характеристик тепломассообмена в нетканых материалах, позволяющие рассчитать коэффициенты тепломассопереноса.

4) Результаты работы могут быть использованы на предприятиях по производству современных нетканых материалов и изделий из них для исследования и контроля их свойств и показателей качества готовой продукции. Лабораторные установки будут полезны студентам кафедры «Промышленная теплоэнергетика» МГУДТ в качестве учебной базы при изучении ими

курсов «Тепломассообмен» и «Метрология, сертификация, технические измерения и автоматизация тепловых процессов», а также при выполнении курсовых, дипломных и научно-исследовательских работ.

Достоверность основных научных положений и выводов диссертационной работы обусловлена использованием в ней современных методов исследования тепловых процессов, включающих их математическое и физическое моделирование, удовлетворительной воспроизводимостью результатов экспериментов, а также соответствием расчетных и опытных данных.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на X Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «Научно- техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2010г.), на 64-й межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (Кострома, 2011г.), на Всероссийской научной конференции молодых ученых С-Петербургск. гос. ун-т технологии и дизайна. (С-Петербург 2011г.), на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» «(ПОИСК-2011)» (Иваново, 2011г.), на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «Научно- техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, 2011г.), на Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2011) (Москва, 2011г.), на Международной научно-технической конференции «Современные проблемы развития текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2012г.), на 65-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству» (Кострома, 2013г.), на VI Чебоксарской научно-практической конференции «Применение новых текстильных и композитных материалов в техническом текстиле» (Чебоксары, 2013г.), на Международной научно-технической кон-

ференции «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности». -М.: ФГБОУ ВПО «МГУДТ», (Москва, 2013). Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 23 работы в отечественных научных журналах и сборниках. В их число входят 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка из 123 наименований. Работа изложена на 135 страницах, содержит 6 таблиц и 47 иллюстраций.

Глава 1. Обзор литературы. Постановка задачи исследования.

§ 1.1. Теплоизоляционные нетканые материалы как объекты исследования и методы определения их тепловых характеристик

В настоящее время применение теплоизоляционных нетканых материалов расширяется во всех сферах человеческой деятельности. Они служат людям защитой от окружающей среды (одежда), а также широко используются в промышленности и сельском хозяйстве. Процессы переноса теплоты через нетканый материал имеют разнообразную физическую природу - это теплопроводность, конвекция, излучение. Теплота также передается в процессе массообмена при испарении влаги от источника через капиллярно-пористый материал [1] к окружающей среде. Перенос теплоты с влагой в пористом теплоизоляционном материале осуществляется в двух фазах - жидкостью и паром, но также возможны фазовые переходы - испарение (конденсация) жидкости в капиллярах материала. Такой сложный механизм переноса теплоты изучен еще недостаточно даже для более простых систем, что указывает на сложность поставленной задачи и на большой объем работы, необходимый для ее решения.

Технологические процессы оказывают существенное влияние на качество производимого нетканого материала, к таким процессам относятся различные виды пропиток, сушка и термообработка, оптимизация которых имеет большое значение.

Создание качественного и современного высокоэффективного оборудования для производства нетканых материалов (НМ), разработка рационального режима термообработки и сушки, а также методики расчета подобных процессов невозможны без комплексного анализа и исследования свойств и характеристик нетканых материалов.

В работах [2, 3, 93, 94, 95, 96] показано, что основными физическими характеристиками НМ как объектов технологической обработки, в том числе, как объектов сушки, являются:

- теплофизические свойства (температуропроводность, теплоемкость и теплопроводность), влияющие на процесс сушки;

- структурно-механические (адгезионно-когезионные свойства, структура, размер и форма волокон), оказывающие влияние на выбор гидродинамического режима сушки;

- сорбционные свойства (изотермы сорбции-десорбции, кривые распределения пор по радиусам), отвечающие за диффузию влаги внутри материала в процессе сушки;

- гигро- и гидротермические (теплота смачивания), описывающие энергию и виды связи влаги с материалом.

Анализ влагопереноса в процессе сушки указывает на факторы, оказывающие влияние на его интенсивность: - это механизм переноса влаги; пористая структура материала;