УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КОНВЕКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООБМЕНА У ПОВЕРХНОСТИ ОБУВИ ИЛИ ОДЕЖДЫ

Полезная модель относится к легкой промышленности, а именно к конструированию оборудования для исследовательских целей при определении конвективного коэффициента теплообмена у поверхностей обуви или одежды.
Известны исследования теплозащитных свойств обуви, а именно разработка научных основ оценки этих свойств, создание метода определения их показателей, разработка метода расчета, экспериментальная оценка теплозащитных свойств конструкции обуви, разработка рекомендаций по выбору материалов, изучение связи между показателями теплозащитных свойств обуви и показателями самочувствия человека при ее носке в различных условиях, с помощью математического описания явлений переноса тепла через обувь от человека во внешнюю среду (см. Л.В.Кедров. Теплозащитные свойства обуви. - М.: Легкая индустрия, 1979 г.).
Известны также теоретические основы расчета теплообмена человека с учетом термических свойств пакетов одежды и методика расчета средней температуры внешней поверхности одежды человека (см. П.Н.Умняков. Основы расчета и прогнозирования теплового комфорта и экологической безопасности на предприятиях текстильной и легкой промышленности. - М.: Информ-Знание, 2003, с.37-87).
Несмотря на указанные работы, аналогов в результате патентно-технических исследований (устройств для создания воздушного потока при определении конвективного коэффициента теплообмена у поверхностей обуви или одежды) равнозначных заявленному устройству по своему функциональному назначению не обнаружено.
Предлагается устройство для создания воздушного потока при определении конвективного коэффициента теплообмена у поверхностей обуви или одежды, характеризующееся тем, что содержит последовательно соединенные между собой, установленный на амортизированной опоре, вентилятор с заборником воздуха и расположенным с противоположной стороны заборника электродвигателем, внутренняя полость вентилятора соединена посредством отрезка трубопровода с воздухораспределителем, представляющем собой металлический полый короб, рабочая стенка которой перфорирована отверстиями, количество и расположение которых выбрано из условия обеспечения обдува воздухом исследуемого объекта по ширине и высоте, при этом соединительный отрезок трубопровода снабжен регулирующим воздушный поток механизмом.
Устройство позволяет в зоне исследуемого объекта создать его равномерное обтекание воздушным потоком, что позволяет более точно определять конвективный коэффициент теплообмена у поверхностей обуви или одежды.
Для пояснения описывемой полезной модели на фиг.1 схематически изображена установка и ее разрез; на фиг.2 приведена схема расположения точек измерения скорости движения воздуха около поверхности голенища женского сапога при определении конвективного коэффициента теплообмена.
Как видно из фиг.1, устройство для создания воздушного потока при определении конвективного коэффициента теплообмена у поверхности
исследуемого объекта содержит установленный на амортизированной опоре 1 вентилятор 2 с заборником 3 воздуха. С противоположной стороны заборника 3 на вентиляторе 2 установлен электрический двигатель 4. Внутренняя полость (на фиг. не обозначена) вентилятора 2 соединена посредством отрезка трубопровода 5 с воздухораспределителем 6. Воздухораспределитель 6 представляет собой металлический полый короб, рабочая стенка 7 которой перфорирована отверстиями 8. Количество и расположение отверстий 8 выбрано из условия обеспечения обдува воздухом исследуемого объекта 9. Исследуемым объектом может быть часть тела человека, в одежде или обуви. Отрезок трубопровода 5 снабжен механизмом 10, например шибером, регулирующим поступление воздушного потока в полость воздухораспределителя 6. Амортизированная опора с вентилятором и отрезком трубопровода последовательно соединены между собой и воздухораспределителем.
Работает устройство следующим образом. При запуске электродвигателя 4 атмосферный воздух всасывается посредством заборника 3 и под действием работающего вентилятора 2 перекачивается в воздухораспределитель 6, откуда выталкивается через отверстия 8, создавая тем самым ветровой поток воздуха.
Вентилятор представляет собой стандартную конструкцию радиального вентилятора, представляющего собой спиралеобразный кожух (на фиг.1 не раскрыт), в котором вращается колесо, состоящее из дисков с втулкой, переднего кольца и прикрепленных к нему лопаток. Опора поддерживает корпус и подшипники, в которых вращается вал колеса. Конструкция вентилятора на фигуре не раскрыта.
Как уже отмечалось, при включенном вентиляторе 2 атмосферный воздух всасывается через заборник 3 вентилятора 2 и под действием центробежных сил отбрасывается на периферию кожуха, откуда через выходное отверстие отрезка трубопровода воздух нагнетается в воздухораспределитель 6. Количество попадающего в воздухораспределитель воздуха регулируется механизмом 10 (шибером).
У воздушных струй, образующихся при выходе из воздухораспределителя через отверстия 8, наблюдается большая интенсивность падения параметров струи. Далее, по мере удаления струй от отверстий 8 воздухораспределителя 6 струи трансформируются в одну прямоточную и приобретают большую площадь поперечного сечения, достаточную для обдува исследуемого объекта по ширине и высоте, т.е. создается равномерное обтекание воздушным потоком исследуемого объекта 9.
В качестве примера использования устройства рассмотрим схему расположения точек измерения скорости движения воздуха около поверхности голенища женского сапога (см. фиг.2) в качестве исследуемого объекта 9, т.е. определим коэффициент конвективного теплообмена.
Для вычисления коэффициента конвективного теплообмена были проведены ряд опытов по измерению скорости воздушного потока, направленного на голенище.
С помощью анемометра (Testo 405-V1), пирометра инфракрасного (С-110) и описанного устройства были проведены опыты, целью которых являлось измерение скорости и температуры потока в нескольких точках, удаленных от голенища на некоторых расстояниях.
Анемометр указанного типа предназначен для измерения скорости потока воздуха и объема воздушного потока (диапазоны измерений анемометра, м/с: 0 до 5 м/с при t от -20 до 0°С; 0 до 10 м/с при t от 0 до +50°С).
Пирометр инфракрасный С-110 предназначен для бесконтактного измерения температуры поверхности твердых тел по их собственному коэффициенту излучения (диапазон измерения температуры от -20 до 200°С.
При обобщении опытных данных был определен вопрос о выборе определяющего размера. Для приведенного примера, т.е голенища обуви в виде круглого цилиндра принятую за расчетную модель, в качестве определяющего размера цилиндра представляющего собой окружность.
Как видно из фиг.2, опыт измерения проводился с одним цилиндром. Окружность схематично была разбита осями координат на четыре плоскости. На каждой воображаемой полуоси, начиная с точек (на фиг.2 не обозначены), лежащих на окружности и удаленных от нее, анемометром измерялась скорость направленного потока воздуха и пирометром температура на поверхности голенища.
По аналогии с проведенным опытом рассматривались также варианты: два цилиндра, когда обе полупары соприкасались друг с другом внутренними поверхностями голенища (в этом случае количество измерений было увеличено:
помимо осей для каждой окружности, мысленно проводилась ось через точку их соприкосновения, вдоль которой направлялся поток воздуха).
Следующий опыт проводили в положении цилиндров (ног) на расстоянии друг от друга, лежащих на одной оси, перпендикулярной направленному воздушному потоку. Измерения проводили на оси между окружностями.
И, наконец, в последнем опыте цилиндры находились в положении «шага», т.е. одна полупара на определенном расстоянии выставлена вперед относительно другой. Измерения проводились как в привычных точках перпендикулярных осей, так и по диагонали, мысленно проведенной от центров данных окружностей.
Как уже было отмечено, использование устройства описанной конструкции позволяет в зоне исследуемого объекта создать его равномерное обтекание воздушным потоком и более точно определять коэффициент конвективный теплообмена у поверхностей исследуемого объекта (обуви или одежды).