Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ЧЕРУНОВА Ирина Викторовна
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ ОДЕЖДЫ
Специальность 05.19.04 Технология швейных изделий
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени д о к т о р а т е х н и ч е с к и х н а у к Шахты - 2008
Работа выполнена в Государственном общеобразовательном Учреждении высшего профессионального образования Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (ЮРГУЭС)
Научный консультант: доктор технических наук
, профессор Бринк Иван Юрьевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зак Илья Самуилович доктор технических наук, профессор Сурженко Евгений Яковлевич доктор технических наук, профессор Медведева Татьяна Викторовна Ведущее предприятие: ООО Универсальное объединение ВИВ, г.Ростов-на-Дону
Защита состоится л22 декабря 2008 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.313.01 при Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса по адресу:
346500, г.Шахты, Ростовская область, ул.Шевченко, д.147, ауд. 2247.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.
Текст автореферата размещен на сайте ЮРГУЭС: //www.sssu.ru
Автореферат разослан л_____ ____________ 2008 года.
Ученый секретарь диссертационного совета Куренова С.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Концепция энергетической безопасности, предложенная Россией мировому сообществу, основывается на высоких темпах роста энергетической отрасли страны: в первую очередь, предприятий Газпрома, нефте- и угледобычи, располагающихся в районах Севера, Сибири, Дальнего Востока и Кузбасса.
Интенсивное развитие энергодобывающей отрасли, тяжелые климатические условия (широкий диапазон температур от -70 до +60 оС) требуют повышения внимания к проблемам охраны труда и, в частности, к повышению уровня системы индивидуальной защиты человека, которая в настоящее время недостаточно учитывает значительно изменившиеся условия жизнедеятельности.
Одним из важнейших и самых массовых элементов защиты человека является специальная теплозащитная одежда (СТО). Она подразделяется на специальную защитную одежду от высоких температур (СЗОВТ) и специальную защитную одежду от низких температур (СЗОНТ), которая может совмещать в себе защиту от статического электричества (Эс).
Дальнейшее совершенствование такой одежды способствует повышению безопасности труда человека и сохранению здоровья производственного персонала.
Вопросами проектирования специальной теплозащитной одежды занимались многие ученые, такие как Афанасьева Р.Ф., Делль, Р.А., Бринк И.Ю., Колесников, П.А.,Кокеткин, П.П., Чубарова З.С., Бекмурзаев Л.А., Романов В.Е., Умняков П.Н. и другие. В основе процесса проектирования лежат расчеты, базирующиеся на систематизированных знаниях о современных материалах, конструкциях, утеплителях, физиологии человека, климатических и производственных условиях. Их описание, в частности, реализуется методами математического моделирования. Разработано большое количество математических моделей систем Человек-Одежда-Среда (Ч-О-С). Однако формальные математические модели оторваны от практических требований инженеровконструкторов одежды, которые вынуждены задавать исходные данные для проектирования, основываясь на своем субъективном опыте. Кроме того, технологии проектирования специальной теплозащитной одежды в широком диапазоне температур не имеют единой теоретической основы.
Проектирование специальной одежды как объекта, подлежащего обязательной сертификации, базируется на системе государственных стандартов, разработанных и принятых к использованию в течение последних десятилетий 20-го века. Интенсивное развитие текстильной промышленности существенно расширило ассортимент материалов для изготовления защитной одежды, однако их свойства не учтены в ГОСТах. Это приводит к необходимости материаловедческих исследований современных материалов применительно к использованию их в спецодежде, удовлетворяющей требованиям безопасности, и разработке методов расчета новых защитных конструкций одежды, соответствующих в целом требованиям государственной сертификации.
Наличие повышенной концентрации газа в атмосфере в районах газодобычи, сухости воздуха при очень низких температурах приводит к требованиям по снижению электризации одежды, так как возможное возникновение искры может привести к объемному взрыву. На сегодняшний день методология проектирования специальной теплозащитной одежды требует дальнейшего развития.
Действующие нормы выдачи специальной одежды не учитывают изменений ее первоначальных эксплуатационных характеристик. И если ухудшение характеристик ткани, таких как масло-водо-отталкивающие свойства, в меньшей степени влияют на защитные характеристики одежды от опасных для жизни факторов в процессе периода ее эксплуатации, то изменение антиэлектростатических свойств наиболее существенно влияет на безопасность производственной деятельности персонала на предприятиях нефтегазодобывающего комплекса. Поэтому встает вопрос о проектировании спецодежды, которая может предупредить о наличии на ее поверхности электростатического заряда и уберечь от реальной опасности для жизни и здоровья человека.
Настоящая работа посвящена разработке теоретических основ комплексного проектирования специальной защитной одежды от широкого диапазона температурных воздействий и воздействия статического электричества, позволяющих инженеру-конструктору на основе формальных методов получить необходимые данные для проектирования современной защитной одежды с использованием средств САПР.
Под комплексностью понимается объединенная единым замыслом степень учета различных элементов проблемы (человек и его структура, одежда и ее параметры, среда и ее компоненты) и сведения их в единое целое в рамках широкого диапазона температурных воздействий в сочетании с актуальными компонентами воздействий на систему Человек-Одежда-Среда статического электричества.
Цель исследования. Целью настоящей работы является разработка теоретических основ проектирования специальной защитной одежды от широкого диапазона температурных и электростатических воздействий на предприятиях топливноэнергетического комплекса (ТЭК).
Задачи исследования:
1. Разработка единой концепции комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды для повышения уровня охраны труда и здоровья человека на энергодобывающем производстве за счет повышения степени надежности и качества защитной одежды с новыми функциями.
2. Разработка уточненной модели тела человека, позволяющей исследовать и оптимизировать поведение системы Человек-Одежда-Среда с повышенным уровнем точности.
3. Разработка комплекса моделей системы Человек-Одежда-Среда, учитывающих особенности функционирования системы в различных тепловых условиях, с целью расчета и прогнозирования уровня надежности и комфортности защитной одежды.
4. Разработка модели Человек-Одежда-Среда, позволяющей определить эффективные решения параметров теплозащитной одежды с дополнительной защитой от статического электричества.
5. Разработка методов инженерного проектирования, оценки и контроля безопасности специальной защитной одежды с элементами функций оповещения.
6. Разработка алгоритмов и средств автоматизированного проектирования специальной защитной одежды от тепловых потоков в едином комплексе инженерных работ.
Объект исследования. Специальная теплозащитная одежда (СТО).
Общая характеристика методов исследования.
При построении математических моделей в работе использованы методы системного анализа, экспертных оценок, математического анализа, математической физики, планирования эксперимента, интерполяции и аппроксимации, математической статистики, антропометрии, математического моделирования, аналитической геометрии, конечных элементов, линейной алгебры. Основы теории теплопроводности, численные методы оптимизации, теория алгоритмизации.
При проведении расчетов на математических моделях применялись численные методы решения интегро-дифференциальных уравнений, методы решения систем дифференциальных уравнений, решения систем линейных и нелинейных уравнений, метод конечных элементов.
Экспериментальные исследования проводились на основе методов теории эксперимента и математической статистики.
В работе применялись следующие программные продукты: Microsoft Office 2003, CorelDRAW Graphics Suite 12, Borland С Builder 5.0, Delphi World 6 Pro, Visual Basic for Application, Maple 7.0, STATISTICA 6.0, Mathcad 11, Matlab Relase 13, САПР УNovo-cutФ.
Достоверность научных положений, полученных выводов и рекомендаций основывается на результатах лабораторных и натурных экспериментов и подтверждена математическими методами, а также актами производственной апробации результатов работы.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Впервые разработана концепция комплексного подхода в проектировании специальной теплозащитной одежды и созданы общий логический маршрут и алгоритмы проектирования различных видов специальной теплозащитной одежды с дополнительной защитой от статического электричества в зависимости от заданных исходных условий.
2. Обоснована и предложена универсальная модель тела человека, характеризующаяся полученными уточненными описаниями поверхности туловища в виде эллиптических цилиндров и учетом расположения внутренних теплотворных органов.
3. Впервые разработаны математические модели системы Человек-ОдеждаСреда, учитывающие широкий диапазон температурных воздействий и специфические факторы ТЭК.
3.1. Модель системы Человек-Специальная защитная одежда от высоких температур-Среда, учитывающая характерные сечения туловища человека, асимметрию расположения внутренних теплотворных органов и наличие внешних охлаждающих элементов.
3.2. Модель системы Человек-Специальная защитная одежда от низких температур-Среда, позволяющая получить рациональные параметры защитного костюма и необходимые исходные данные для последующего инженерного автоматизированного проектирования одежды.
3.3. Имитационная модель системы Человек-Специальная защитная одежда от низких температур-Среда, учитывающая характерные сечения туловища и асимметрию расположения внутренних теплотворных органов человека, которая позволяет теоретическими методами оценивать адекватность полученных решений оптимизации и осуществлять прогнозирование состояния системы в ожидаемых условиях среды.
4. Модель Человек-Специальная защитная одежда от низких температур и статического электричества-Среда, позволяющая рассчитывать параметры пакета одежды с антиэлектростатическим эффектом.
5. Проведено теоретическое обоснование создания прибора, сигнализирующего об опасном уровне электростатического заряда на поверхности специальной защитной одежды от низких температур и статического электричества.
Значимость для теории.
1. Разработанные автором аналитические схемы зависимостей сопутствующих факторов среды и физиологии человека в характерных температурных условиях производственно-климатической среды ТЭК являются вкладом в общую теорию системного анализа проблем проектирования защитной одежды.
2. Обоснована концепция комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды с учетом использования математических моделей Человек-Одежда-Среда, учитывающих уточненные особенности модельного представления формы тела человека и локальность теплотворных органов.
3. Система алгоритмов проектирования специальной теплозащитной одежды позволила реализовать концепцию единого комплексного методологического подхода в проектировании защитной одежды от температурных и сопутствующих воздействий.
4. Новая база знаний в области автоматизированного проектирования одежды применительно к специальной теплозащитной одежде.
Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности 1. Разработан программный блок САПР специальной теплозащитной одежды, интегрированный в САПР одежды Novo-cut, позволяющий повысить точность и объективность инженерных расчетов одежды. Программный блок так же совместим и с другими САПР одежды.
2. Разработан прибор ИРК-5 для измерения тепловых параметров человека, позволяющий проводить испытания одежды в натурных (полевых) условиях.
3. Разработан сигнализатор уровня допустимой напряженности электростатического поля на поверхности одежды (ИСКРА).
4. Разработан костюм для защиты от повышенных температур ДОН, применяемый при ведении подземных оперативных поисково-спасательных работ в угольных шахтах.
5. По разработанному автором техническому заданию создана и производится специальная пуходержащая подкладочная ткань COTTON.NAVY NEW для специальной теплозащитной одежды и статического электричества, удовлетворяющая требованиям ВНИИГАЗ.
6. Разработан модельный ряд костюмов для защиты от пониженных температур НОРД с повышенной устойчивостью к воздействию холода, применяемый на предприятиях нефтегазового комплекса, которые впервые прошли лабораторно-экспертный допуск центра сертификации ВНИИГАЗ и вошли в перечень средств индивидуальной защиты для работников ОАО Газпром.
Автор защищает:
Концепцию комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды, интегрированную в САПР.
Геометрические модели тела человека для проектирования одежды, учитывающие характерные формы туловища и асимметрию расположения теплотворных органов человека.
Оптимизационные и имитационные математические модели системы Человек-Одежда-Среда для расчета параметров специальной теплозащитной одежды.
Результаты исследований на математических моделях и последующих натурных экспериментах, положенные в основу создания сквозной САПР специальной теплозащитной одежды.
Апробация результатов работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 66 конференциях различного уровня, в том числе: межвузовской научнотехнической конференции Современные проблемы техники, технологии и экономики сервиса, ЮРГУЭС, г. Шахты, 1999, 2004, 2006, 2008 ; международных научно-технических конференциях Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности ПРОГРЕСС ИГТА, г. Иваново, 2000, 2007, 2008; международной научно-технической конференции Актуальные проблемы науки, техники и экономики легкой промышленности и международной научно-методической конференции Инженерное образование в области легкой промышленности на рубеже 21 века в МГУДТ, г. Москва, 2000; международной научно-практической конференции Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 2000; научно-практическом семинаре по совершенствованию системы экспертизы промышленной безопасности Госгортехнадзора России, г. Новочеркасск, 2000; межрегиональной научно-практической конференции Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса СевкавГТУ, г. Ставрополь, 2000, 2001, 2008; международной научно-практической конференции Моделирование.
Теории, методы и средства: ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 2001,2007; международной научно-практической конференции Производство. Технология. Экология ПРОТЭК Станкин, г. Москва, 2001, 2002, 2003, 2006, 2007; межвузовской научно-технической конференции Технико-технологические и социальноэкономические проблемы развития сферы услуг, РИС ЮРГУЭС, г. Ростов-наДону, 2002, 2003,2004, 2005, 2006, 2007, 2008; международной научнотехнической конференции Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека МГУДТ, г. Москва, 2002; в 24-й Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В.П.Макеева, МСНТ, г. Миасс, 2004; международной научнотехнической конференции Инновации и перспективы сервиса УфГИС, г. Уфа, 2005; международной научно-технической конференции Экономические проблемы организации производства систем и бизнес-процессов ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 2005; Международной научно-практической конференции Экология и безопасность жизнедеятельности МНИЦ, г. Пенза, 2005, 2006; международной научно-практической конференции Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 2006; межвузовской научно-практической конференции Теория, практика и перспективы развития современного сервиса ВФМГУС, г. Волгоград, 2006; международной научнотехнической конференции Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИНТОП) ОреГТУ, г. Орел, 2006; международной научнотехнической конференции Теория, методы и средства измерения, контроля и диагностики, ЮРГТУ, г.Новочеркасск, 2006; международной конференции Ломоносов, МГУ, г.Москва, 2006; международных научно-технических конференциях Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии и Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах, ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 2006; Всероссийской научно-технической конференции Вузовская наука - региону ВГТУ, г. Вологда, 2007; международной научно-технической конференции Качество науки - качество жизни ТГТУ, г. Тамбов, 2007; международной научно-практической конференции Современная техника и технологии СТТ 2007 ТПУ, г. Томск, 2007, 2008; всероссийской научно-технической конференции Безопасность России: состояние и перспективы Академия управления ТИСБИ, г. Зеленодольск, 2007; всероссийской научно-технической конференции Научная сессия ТУСУР - 2007, г.Томск, 2007;
международной научной конференции Проектирование новой реальности, ТТИ ЮФУ, г. Таганрог, 2007; международной научно-технической конференции Информатика и компьютерное проектирование 2007 ДонНТУ, г.Донецк (Украина), 2007; международной научно-практической конференции Конкуренция и конкурентоспособность. Организация производства конкурентоспособной продукции ЮРГТУ, г. Новочеркасск, 2007; международной научнотехнической конференции НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ Ц2008 МГТУ, г.Мурманск, 2008.
Результаты разработки единой технологии комплексного проектирования, методов и оборудования для оценки качества представлялись на выставках: Научно-технические достижения образовательных организаций Юга России, г. Ростов-на-Дону, 2004; отраслевых конференциях, совещаниях, специализированных выставках по вопросам "Безопасность, комфорт и стиль спецодежды для ОАО "Газпром", г. Москва, 2004, 2005, 2006, 2007, получен диплом за достижения в разработке новой корпоративной специальной одежды для ОАО Газпром; региональной специализированной выставке СПЕЦОВКА-2005 (диплом за лучшую коллекцию в корпоративном стиле ОАО Газпром); всероссийской профильной выставке Телогрейка-2005, г. Москва, ВВЦ; выставке достижений работников легкой промышленности в рамках программы "Товары Юга" на юбилейном цикле выставок "Новочеркасску-200 лет", г. Новочеркасск, 2005; конференции - совещании - выставке "Спецодежда для газовой отрасли севера России", Сургутгазпром, г. Ноябрьск, 2005; отраслевой выставке Современные средства индивидуальной защиты в газовой отрасли г. Волгоград, 2005, 2007; Региональной выставке Инновационный потенциал Юга России, г. Ростов-на-Дону, 2007.
Внедрение результатов исследований.
1. Блок САПР специальной теплозащитной одежды внедрен на предприятии ООО БВН инжениринг, г. Новочеркасск, на базе которого разработаны серии моделей корпоративного направления ГАЗПРОМ.
2. Специальная защитная одежда от высоких температур (Костюм ДОН, ДОН1) внедрена в производство на ООО БВН инжениринг, г. Новочеркасск и применяется в ряде подразделений ВГСЧ РФ.
3. Специальная защитная одежда от низких температур (Серия костюмов НОРД) разработана и внедрена в производство на ООО БВН инжениринг.
Общий объем производства составляет более 100 000 000 руб. Применяется на предприятиях ОАО Газпром (ООО Тюментрансгаз - 46 000 000 руб., ООО Волгоградтрансгаз, г. Волгоград - более 200 000 руб. и др.), в Российскоамериканской компании нефтедобычи Weus Holding, Inc УWeatherfordФ, г. Москва (более 3 000 000 руб.) и других предприятиях энергодобывающего комплекса.
4. Прибор ИРК-5 внедрен в производство ООО НПП ИНТОР, г. Новочеркасск.
5. Прибор ИСКРА (сигнализатор уровня допустимой напряженности электростатического поля на поверхности одежды) внедрен в производство ООО НПП ИНТОР, г. Новочеркасск.
6. Методики проектирования и оценки качества специальной теплозащитной одежды с дополнительной защитой от статического электричества внедрены в производство на ООО Универсальное объединение ВИВ, г. Ростов-на-Дону, ООО "ТПП "Техноформ", г. Ростов-на-Дону, ООО Компания СПЛАВ, г.Москва, ООО Диаформ, г.Гуково.
7. Полученные результаты внедрены в учебный процесс теоретических и практических курсов по дисциплинам Методы и средства исследований, САПР одежды, Научно-исследовательские работы на стыке фундаментальных дисциплин, в учебные пособия Системы автоматизированного проектирования одежды, Методы и средства исследований.
8. Результаты исследований вошли в монографии Проектирование противотепловых костюмов автора Черуновой И.В. (Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2007, 151с.) и Основы проектирования антиэлектростатической теплозащитной одежды авторов Черуновой И.В., Меркуловой А.В., Горчакова В.В., Бринка И.Ю. (Москва: Изд-во Академия Естествознания, 2007, - 132с.).
Публикации:
Всего по материалам диссертации опубликовано 82 печатных работы, среди которых статьи в материалах и сборниках трудов научных конференций различного уровня, в том числе 12 статей в реферируемых журналах центральной печати, рекомендованных ВАК, патенты и свидетельство на программу для ЭВМ, положительное решение ФИПС, 2 монографии.
ичное участие автора в получении изложенных в диссертации результатов.
Обоснование и постановка целей исследования, формулировка задач, научной концепции, выбор методов и направлений исследований, анализ и систематизация полученных результатов, теоретические заключения, положения и выводы по работе, организация и непосредственное участие в широком комплексе экспериментальных исследований диссертации принадлежат лично автору.
Ряд положений методологического, теоретического и экспериментального характера в разработке усовершенствованной технологии проектирования теплозащитной одежды на основе уточненных моделей теплообмена, в исследовании и разработке специальной антиэлектростатической одежды для защиты от пониженных температур использованы при выполнении диссертационных работ на соискание ученой степени кандидата технических наук аспирантами Кудрявцевым В.И., Меркуловой А.В. под руководством автора.
Структура и объем:
Диссертационная работа изложена на 307 страницах машинописного текста, состоит из введения и 5 глав, 39 таблиц, 98 рисунков, общих выводов и библиографического списка, насчитывающего 586 наименований, а также приложений, изложенных на 64 страницах.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы исследования, изложены цели и задачи исследования, определяются новизна и практическая значимость работы.
В первой главе проведен системный анализ основных особенностей физиологии человека, климатических и производственных условий на предприятиях ТЭК России. На схемах (Рисунок 1) представлены характерные зависимости сопутствующих факторов среды и физиологии человека в широком диапазоне тепловых условий пребывания человека -70?С +60?С Влажность среды Метан, метан углекислый газ Газовая среда Статическое электричество Потоотделение Потери тепла потоотделением +40?С Потери тепла дыханием +36,5Е37?С Приток тепла за счет конденсации +37Е40?С Дефицит теплопродукции Дисперсия +22-26?С температуры кожи Асимметрия теплопродукции Рисунок 1. - Тенденции зависимостей сопутствующих факторов среды и физиологии человека в характерных температурных условиях производственноклиматической среды ТЭК.
На сегодняшний день актуально дальнейшее развитие единой методологии, позволяющей рассчитывать параметры специальной одежды во всем представленном спектре условий. Настоящая работа посвящена созданию теоретических и прикладных методов проектирования СТО, (Эс) на основе единой концепции комплексного проектирования.
Детально рассмотрены факторы окружающей среды, влияющие на тепловой баланс человека, а также физиологические особенности жизнедеятельности человека в условиях воздействия тепловых потоков.
Рассмотрены существующие методики проектирования теплозащитной одежды. Проведён сравнительный анализ существующих САПР одежды. Определены необходимые параметры для САПР, подлежащие формальному получению методами математического моделирования.
Анализ работ исследователей Столвийка Дж., Кросби Р., Бартона А., Жаворонкова А.И., Бринка И.Ю, Цивиной Т.А., Умнякова П.Н. и других ученых показал, что дальнейшее совершенствование предложенных ими математических моделей в соответствии с целью настоящей работы должно идти в направлении создания универсальной модели тела человека, основанной на уточнении геометрической модели для оптимизационных математических моделей и учете расположения внутренних теплотворных органов для имитационных моделей, а также в направлении объединения и интеграции математических моделей Человек-Одежда-Среда в САПР одежды.
По настоящее время существует проблема сопоставления результатов имитационного и оптимизационного моделирования системы ЧеловекОдежда-Среда. Системный анализ особенностей математического моделирования системы Человек-Одежда-Среда применительно к проектированию защитной одежды позволил выделить температурные диапазоны, для которых необходимо создавать СЗОВТ и СЗОНТ, опираясь на методы математического моделирования. (Рисунок 2).
Создание единой методологии применения оптимизационного и имитационного моделирования к одному базовому объекту позволит повысить эффективность расче- Рисунок 2. - Классификация температурных режимов в условиях ТЭК (1 - интервал низких температур;
та параметров тепло 2 - интервал условного теплового комфорта;
изолирующих слоев 3 - интервал высоких температур).
одежды, а также расположения и мощности терморегулирующих элементов при проектировании одежды для более широкого термофизиологического диапазона применения.
На рисунке 1 учтены качественные зависимости накопления электростатического заряда на поверхности и в слоях пакета материалов для защитной одежды при повышенной сухости воздуха при отрицательных температурах. Учет и прогноз этого эффекта должен быть осуществлен в рамках общей методологии математического моделирования системы Человек-Одежда-Среда для проектирования СТО, (Эс).
Наличие в окружающем воздухе производственной зоны рассматриваемого сегмента промышленности взрывоопасных газов особенно повышает значение электростатической безопасности. При значительном повышении влажности воздуха его проводимость существенно возрастает и возрастает вклад эмиссии в процесс электризации. Электрические заряды стекают в атмосферный воздух и в воздушный промежуток между слоями материалов в пакете. Эти процессы существенно влияют на безопасность жизнедеятельности человека в условиях, когда температура воздуха очень низкая и влажность вымораживается из воздуха, значительно повышая риск накопления статического электричества и возникновения искры.
Анализ существующих СТО и методов их проектирования позволил установить, что на сегодняшний день необходима интеграция методов проектирования защитной одежды различных видов в единую методологию комплексного проектирования с использованием средств САПР одежды.
В силу термостабильности человека, для целей совершенствования САПР одежды целесообразно рассматривать статическую модель системы ЧеловекОдежда-Среда. Основной задачей работы является построение математических моделей системы Человек-Одежда-Среда, результаты расчетов на которых могут непосредственно использоваться в САПР одежды.
Кроме того, обоснована необходимость создания специальных современных мобильных технических средств, позволяющих еще на этапе апробации образцов проверить поведение одежды в реальных условиях эксплуатации. В результате возникает задача разработки устройств и методик проведения испытаний проектируемой защитной одежды для оценки ее качества и гигиенического соответствия, а также для обеспечения непрерывного контроля над безопасностью труда человека в условиях накопления статического электричества, то есть одежды с элементами интеллектуальных функций контроля и оповещения.
На рисунке 3 представлена общая схема структуры важнейших блоков исследований диссертационной работы.
Выделенные блоки исследований ложатся в основу разработки единой концепции методологии комплексного проектирования СТО, которая формируется за счет:
ввода уточненных геометрических моделей тела человека, приближенных к реальным конфигурациям тела человека;
учета асимметрии расположения теплотворных органов человека и локализации теплокоррегирующих эффектов системы;
расчета параметров системы Ч-О-С методами математического моделирования, основанного на универсальной и достаточной модели тела человека, интегрированного в системы автоматизированного проектирования (САПР) одежды для защиты от широкого диапазона температурных воздействий и статического электричества;
Оптимизационное Имитационное моделирование моделирование системы Ч-О-С системы Ч-О-С Уточненное модельное представление тела человека Статические Динамические модели модели Учет локализации теплотворных органов человека Оптимизированные параметры конструкции защитной одежды Специализированный модуль САПР теплозащитной одежды Современные САПР одежды Новые методы оценки и контроля качества и надежности защитного эффекта одежды Рисунок 3. - Структура важнейших блоков исследований диссертационной работы.
Все выделенные группы СТО требуют разработки единой методологической базы для создания формального инженерного аппарата проектирования.
Разрабатываемые методы расчета защитной одежды должны быть направлены на оптимизацию параметров тепловой защиты одежды с возможностью прогнозирования антиэлектростатического эффекта СЗОНТ (Эс).
Для решения задачи обеспечения непрерывного контроля теплового состояния человека во время натурных испытаний и постоянного мониторинга возникновения электростатического заряда на поверхности одежды требуется разработка мобильных приборов, обеспечивающих мониторинг указанных параметров.
Во второй главе разработаны основные концептуальные положения математического моделирования тепловых процессов в системе ЧеловекОдежда-Среда.
Особенность выдвигаемой концепции заключается в единстве методологических путей при решении задач проектирования защитной одежды в широком диапазоне температурных воздействий, опираясь при этом на уточненные геометрические модели тела человека, позволяющие повысить точность решения поставленных задач.
Для получения данных о геометрических характеристиках поверхности туловища человека были проведены экспериментальные исследования проекционным методом. На основе полученных данных о форме поверхности и размерах туловища человека его модельное представление может быть сформировано из набора эллиптических цилиндров.
На рисунке 4 представлена схема поперечного сечения геометрической модели туловища человека, составленная из двух эллипсов с различным эксцентриситетом, для которых были получены уравнения кривых, описывающих линии сечения туловища.
Позициями 1, 2, 3, 4 обозначены соответственно внутренние слои тела человека, выделенные в классической модели Столвийка: ядро, мышцы, жировой слой и кожа. В соответствии с Рисунок 4 - Схема модельного представленной концепцией были распредставления попесчитаны все образующие радиусы серечного сечения туловища человека.
чений, которые формируют посекторное представление срезов туловища человека, обеспечивая при этом адекватное распределение внутренних слоев тела человека с учетом их толщины. На основе полученных базовых параметров геометрической модели туловища человека были разработаны геометрические модели туловища с сечением эллипс и овал. Последующие математические расчеты тепловых параметров позволят установить устойчивость системы Ч-О-С относительно инвариантности модели тела человека.
В результате расчетов были получены величины соотношения геометрических параметров выделенных внутренних слоев модели туловища человека (Таблица 1). Это послужило основой для расчета распределенных данных о геометрических характеристиках внутреннего строения новой уточненной модели человека.
Т а б л и ц а 1. - Геометрические характеристики туловища и его частей, как элементов системы Ч-О-С.
Элемент системы Геометрическая Длина части Радиус, м Площадь пофигура туловища, м верхности, м2 3 4 5 Кожа 1k Верхний Жировой слой 5,55k эллиптический 0,47612 0,48Мышцы 17,5k цилиндр Ядро 36,1k Кожа Нижний эллипти- 1k ческий цилиндр 0,31Жировой слой 5,55k 0,29Мышцы 17,5k Ядро 36,1k *k - толщина слоя кожи, м.
Теплопроизводящие органы асимметрично расположены в туловище человека, имеют различные объемы и интенсивМышцы позвоночного ность теплопродукции. В модестолба ли форма этих органов представлена в виде конечных цилиндров, расположенных в соСердце ответствующих местах. В работе были рассчитаны собственные характеристики теплопродукции для основных теплотворных органов и получены Печень величины уровня основного обмена (УОО) для: печени 6,992 Вт/м2; сердца - 3,9Почки Вт/м2; почек - 3,069 Вт/м2.
Далее была определена величина количества теплоты, вы- Печень деляемой каждым из выделенQ Рисунок 5. - Схема 5-слойной ных органов в отдельности,, модели туловища человека.
Вт, с учетом их размеров и массы на основе разработанной модели по схеме, представленной на рисунке 5, где 1,2,3,4,5 - поперечные слои модели туловища человека, содержащие соответствующие теплотворные органы.
На рисунке 6 представлена геометрическая модель тела человека для оптимизационного моде2,2,1 лирования системы Ч-СТО-С в условиях пониженных температур.
Таким образом, в результате исследования 3,внешних и внутренних характеристик туловища 3,человека была разработана геометрическая модель 4,4,тела человека. Модельная форма внутренних органов определена в виде конечных цилиндров.
Разработаны различные аппроксимации тела человека элементами геометрических фигур и разработаны их аналитические описания, задано их месторасположение в модели тела человека с целью последующего выявления ее устойчивости относительно форм определенных геометрических представлений.
Полученные данные об асимметрии теплопродукции человека формируют основу для моделирования системы Ч-СТО-С, а также для Рисунок 6. -Геометрическая решения задач прогнозирования систем методами модель тела человека имитационного моделирования.
Третья глава посвящена разработке математических моделей теплообмена системы Ч-О-С для проектирования СТО. Они основаны на созданной в главе 2 универсальной модели тела человека. В условиях высокотемпературных тепловых потоков явная локализация собственных теплотворных органов человека приобретает выраженное значение и закладывается в особенности построения соответствующих математических моделей системы Ч-СЗОВТ-С. Для локального кондуктивного теплосъема введен учет дополнительных охлаждающих элементов (ОЭ) в виде брикетов из водяного льда.
Выбор типа источника охлаждения обоснован проведенными в работе исследованиями и условиями применения в оперативных ситуациях энергодобывающих предприятий (угледобычи), связанными с обязательным требованием исходной негерметичности и автономности защитных костюмов, сниженной массой, высокой эргономичностью и обновляемостью охлаждающих источников.
Для системы искусственного охлаждения в СЗОВТ была разработана конструкция противотеплового пакета, представленная на рисунке 7, где 1- пенополиуретановая пластина; 2- ОЭ; 3- поверхность тела человека; 4- слой СЗОВТ; 5- полиуретиановая сетка; t0- температура тела человека; t1- температура теплового потока с поверхности тела человека; t2- температура теплового потока с внутренней поверхности слоя одежды; t3- температура теплового потока с поверхности ледяного брикета; t4- температура внешней среды.
1- пенополиуретановая пластина;
2- брикет водяного льда;
3- поверхность тела человека;
4- слой термозащитной одежды;
5- полиуретиановая сетка;
t0- температура тела человека;
t1- температура теплового потока с поверхности тела человека;
t2- температура теплового потока с внутренней поверхности слоя одежды;
t3- температура теплового потока с поверхности ледяного брикета;
t4- температура внешней среды.
Рисунок 7.- Сечение пакета СЗОВТ с введенным в пакет охлаждающим элементом.
В результате экспериментальных исследований получен интервал допустимой температуры заморозки охлаждающих элементов, который составил от -18С до -10С. Для получения данных о динамике теплосъемного эффекта охлаждающих элементов проведены экспериментальные исследования, учитывающие два переменных фактора: х1 - масса охлаждающих элементов, кг; х2 - температура окружающей среды, С, и получены математические зависимости времени таяния ОЭ от указанных факторов при различной температуре заморозки. Выбран охлаждающий элемент с температурой заморозкиЦ18С.
В качестве основного, для проектирования СЗОВТ, был выбран теплоизоляционный материал Арктик-П, расположенный металлизированным покрытием наружу. Проведены экспериментальные исследования противотеплового пакета с материалом Арктик-П и получены сведения о динамике расходования хладозапаса ОЭ, расположенных в противотепловом пакете, и представлены на рисунке 8.
Рисунок 8. - Зависимость времени потери хладозапаса в противотепловом пакете от его массы и температуры окружающего воздуха (температура заморозки ОЭ - 18 С, изоляция материалом Арктик-П).
Для построения математической модели теплообмена Ч-СЗОВТ-С были введены следующие допущения:
1. Процесс теплообмена рассматривается последовательно в каждом секторе туловища;
2. Распространение тепла рассматривается по направлению от центра (ядра) к поверхности по принципу линейной передачи тепла с коэффициентом расширения в зависимости от величины центрального угла сектора;
3. Перетоками тепла между выделенными секторами пренебрегается.
Кроме того, заменим каждый сектор эллипса сектором круга, радиус которого проходит через середину дуги соответствующего эллиптического сектора. Учитывая значительную долю ядра в общем объеме модели туловища человека и его неравномерность по зональРисунок 9. - Схема сектора поперечного сечения туловища человека.
ному размещению различных теплопроизводящих органов, сектор, определяющийся в области ядра, дополнительно разделен на 2 слоя. Выделяя в рамках сектора сечения туловища один слой внутреннего строения модели тела человека, было введено обозначение - Х соответственно рисунку 9, где Ri - средний радиус внутренних слоев, м, где i =1Е5; r - расстояние от центра ядра до поверхности кожи, м; Li - средняя длина дуги, образующей внутренний слой тела человека, м, i =1Е5; xi - толщина внутреннего слоя, м, где i =1Е5, a - центральный угол сектора. При этих условиях задача сводится к одномерной задаче.
Внутри тела человека происходят одновременно процессы возникновения и поглощения тепла, что является следствием функционирования систем жизнеобеспечения. С другой стороны на него воздействует тепловой поток извне со своей заданной температурой.
Получено соотношение, которое характеризует процесс теплопередачи в соответствии с принятой концепцией внешнего и внутреннего строения тела человека по участкам. То есть, данный процесс рассматривается в комплексе по принципу последовательного пересчета тепловых характеристик в каждом секторе системы послойно.
dТ dТ t SF(x4,t4 ) S (x, ) S (x, ) xxdx dx xx1 t cSТ (,t2 ) Т (,t1) x, (1) xгде - коэффициент теплопроводности, зависящий от материала, Вт/м2С; S(х) - площадь выбранного элемента Х, м2; dT /dx- градиент температур, С/м; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг?С); - плотность тела, кг/м3;
F(x,t) - плотность тепловых источников в точке x в момент времени t, Вт/м3; - переменная интегрирования по времени на некотором промежутке времени (t1,t2), - переменная интегрирования, определяющая координату точечного источника тепла на некотором отрезке (х1,х2) (равном х); t3, t4, x3, x4 - промежуточные точки интервалов (t1,t2) и (х1,х2).
Общий сектор объединяет все составляющие его слои, образующие структуру тела человека. В каждом слое сектора горизонтального сечения процесс теплопередачи описывается уравнением теплопередачи в частных производных второго порядка. На следующем этапе была решена краевая задача методом конечных разностей с помощью неявной схемы, где весовой коэффициент верхнего слоя 0,5, что обеспечивает устойчивость модели.
Для дальнейшего применения полученных математических решений была разработана программа расчета данных о теплопродукции в каждом отдельном секторе и получены соответствующие величины на основе характеристик главных теплотворных органов человека: печени, сердца, почек, а также величины толщины ОЭ на соответствующих участках защитной одежды. На основе полученных расчетов разработана специальная защитная конструкция СЗОВТ, которая обеспечивает поддержание температуры на допустимом уровне в течение 60 минут.
Таким образом, разработаны математические основы для расчетов конструкции СЗОВТ с ОЭ на основе математической модели системы Ч-СЗОВТ-С, учитывающей уточненное геометрическое представление тела человека и топографию локального распределении системы физиологических теплоизлучений человека. Для реализации этой концепции полученные математические данные, а также программа расчета параметров защитной противотепловой системы специальной одежды становятся формализованным инструментом встроенной части САПР одежды, определяя этап реализации единой методологии комплексного проектирования защитной одежды от тепловых потоков в широком диапазоне температурных воздействий.
Далее была разработана оптимизационная математическая модель ЧСЗОНТ-С и выполнен расчет оптимальных параметров толщины слоев специальной защитной одежды от пониженных температур.
В условиях жизнедеятельности человека на производстве ТЭК в зоне пониженных температур формируется относительно равномерное тепловое состояние по поверхности туловища человека. Геометрическая модель туловища человека в виде цилиндра с сечением овал соответствует антропометрии человека в текущем рассмотрении вопроса. Для оптимизационного моделирования использована модель с ловальным сечением туловища. Овал строится методом перпендикуляров и состоит из совокупности дуг окружностей разного радиуса.
В качестве базовой геометрической модели принята уточненная геометрическая модель тела человека, описанная ранее.
Расчет средневзвешенной толщины одежды (ср, м) и общего объёма утеплителя (V, м3), необходимого для защиты человека от низких температурных воздействий, выполнялся по методике Р.Ф. Афанасьевой, уточненной И.Ю.Бринком для математического моделирования систем Ч-СЗОНТ-С.
Для цилиндрических участков модели тела человека уравнение количества тепла qi равно:
Si (ti tВ ) qi , (2) i 1 i ln(ri 1)ri ri P где i = 5-7 и соответствует порядковому номеру цилиндрических частей тела (Рисунок 6); Si - площадь поверхности i - го участка модели, м2; ri - радиус i - го участка модели, м; - коэффициент теплопередачи от поверхности теплоизолирующего слоя в окружающую среду, Вт/(м2 0С); ti - температура поверхности соответствующих участков тела человека, ?С; tв - температура окружающего воздуха, ?С; i - толщина пакета i - го участка модели, м; p - средняя теплопроводность пакета, Вт/(м ?С).
Доля количества тепла с головы не превышает 5,3 % величины всего количества тепла с поверхности тела человека. Поэтому голова была исключена из модельного представления в данной задаче.
В выражениях (3) представлено суммарное количество тепла с поверхностей овального цилиндра туловища спереди и сзади.
2al1hi (ti1 tВ ) 2al2hi (ti1 tВ ) qi1 ;
i1 i1 1 1 ln( 1) ln( 1) (ri1 i1) p ri1 (ri 2 i1) ri p 2al1hi (ti 2 tВ ) 2al2hi (ti2 tВ ) (3) qi2 , 1 1 1 i 2 i ln( 1) ln( 1) (ri1 ) p ri1 (ri2 i 2 ) p riiгде i=2-4, al1,al2 - длины дуг, описывающих овальный i-й цилиндр спереди и сзади, м; hi - высота i-го цилиндра, м; ti1,ti2 - температуры на поверхности iго овального цилиндра спереди и сзади, 0С; ri1, ri2 - радиусы дуг составляющих овальный i-й цилиндр, м; , - толщины пакета утеплителя спереди и сзади i1 iна i-м овальном цилиндре, м.
Оптимизационная математическая модель Ч-СЗОНТ-С предусматривает критерий оптимальности - суммарное количество тепла, отводимое с поверхности модели, Q:
4 (4) Q ( q q ) q min, i 1 i 2 i i 2 i для выбора оптимального сочетания толщины пакета на отдельных участках при ограничении на объем пакета (V, м3). Определение минимума выполнено методом множителей Лагранжа для нахождения точек условного экстремума функции Q. Функция Лагранжа имеет вид:
4 2 2 L Qk(V 2ri1ij )al1hi (ij 2 2ri2ij )al2hi) 2rii )h); (5) ((ij (i i2 j1 iгде k - множитель Лагранжа.
Задача отыскания экстремума сводится к решению системы нелинейных уравнений относительно неизвестных ij, i=2,7, j=1,2 - нумерация передней и задней стороны модели:
L L L L L L 0; 0; 0; 0; 0; 0;
q21 q22 q31 q32 q41 qL L L 0; 0; 0;
q5 q6 q(6) 4 2 2 2ri1ij)al1hi (ij2 2ri2ij)al2hi) 2rii)h V ((ij (i.
i2 j1 iРешение системы выполнено методом Ньютона. Матрица вторых производных положительно определена, то есть найденный экстремум является минимумом. Установлено, что при расчете толщины пакета на участках туловища различной кривизны отличия составляют не более 1%. В технических расчетах этим можно пренебречь.
На рисунке 10 представлен график распределения толщины пакета для участков тела рука, бедро, голень, туловище в зависимости от средней толщины (ср), рассчитанный для исходных данных (tB=-500C, р=0,034 Вт/(м0С).
Среднее число итераций при расчете с начальным приближением в виде средневзвешенного значения толщины не превышает 7 шагов.
0,00,00,00,00,00,00,00,0 Рука Бедро 0,0 Голень 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 0,0 Туловище Средневзвешенная толщина, м Рисунок 10. - Зависимости толщины пакета материалов защитной одежды от средневзвешенной толщины на участках модели человека.
Таким образом, разработан математический аппарат для расчета оптимальных параметров распределения толщины теплозащитной одежды на базе уточненной универсальной и достаточной геометрической модели тела человека в рамках единой концепции методологии проектирования СТО.
На следующем этапе с целью доказательства устойчивости и достаточности полученной оптимизационной математической модели при решении задач расчета конструкции СЗОНТ, а также с целью прогнозирования состояния системы была разработана имитационная математическая модель Ч-СЗОНТ-С, характеризующаяся высокой степенью детализации внешнего и внутреннего строения тела человека и топографии локализации его тепловых потоков.
Для имитационного моделирования (геометрическая модель имитирует туловище человека с внутренними теплотворными органами) целесообразно представление образующей сечение туловища в виде эллипса, так как это позволяет удовлетворить требование непрерывности граничных условий.
Процесс теплопередачи между глубинными слоями тела и окружающей средой должен учитывать теплофизические характеристики тела и одежды, тепло, генерируемое в тканях тела и выделяемое или поглощаемое системами жизнеобеспечения, а также температуру пододёжного пространства и условия окружающей среды.
Уравнение теплопроводности в общем форме:
divgradT qv 0. (7) В данной модели используем граничное условие третьего рода:
T (Tn tB), (8) n где Т - температура на поверхности модели тела, ?С;, tВ - температуры внешней среды,?С.
Считая, что x=y =, причем - кусочно-постоянная функция.
Обозначим T=T(x,y) Цтемпература в точке с координатами (x,y), ?С, а qv - удельная мощность источника теплоты, Вт/м3. Уравнение стационарной теплопроводности в декартовой системе координат имеет вид (9):
Толщина пакета на участках модели, м (9) T T y qv x x x y y Далее была построена функция на сетке треугольных конечных элементов, наложив условия в окрестности узла i (рисунок 11):
(k) j (3) Гi 1, если j=i;
(4) i (2) i(xj, yj)= (10) (..) 0, если ji.
(1) (s) На границе подобласти Гi :
i(x, y)=0. (11) Рисунок 11. Область вокруг i-го узла Применив метод Бубнова-Галёркина, имеем условие минимума невязки, :
~ где div grad T qv, (12) есть ортогональность её всем базисным функциям:
~ div grad T q dD ; i=1,2,..,n, (13) i v D где n - общее число узлов в D, в которых не известно ТJ.
Получена система линейных алгебраических уравнений - дискретная модель задачи:
( ` ( (к) ijk)Tj (k) T ijk) qvj, (14) k ik к j1,3 k k j k где (k) -коэффициент теплопроводности -го элемента; qvj - значение qv в узле j, знак означает, что суммирование ведётся по элементам, стороны которых лежат на границе области.
i(к) (k ) i(к) (k ) j j ( ijk ) ( )dxdy ; (15) x dx y dy D( k ) T lk ` (k ) T k dГ ; ; (16) ik i n Гk Гk (k) S ( ijk) i(k)(k)dxdy, (17) j D(k ) k где S(k)-площадь -го элемента.
Подставляя в (14) все известные данные, получаем систему из n линейных уравнений с n неизвестными. Её решение определяет значения всех температур в узлах треугольной конечно - элементной сетки. Данная методика реализована в виде алгоритма и в символьном математическом аппарате Maple.
Скорость расчета температурного поля по сравнению с аналогичными методами выше в несколько раз, что существенно может ускорить процесс проектирования теплозащитной одежды с заданОптимизированная геометрическая модель ными параметрами.
Одежда Сечение туловища представлено эллипсом. После разбиения на конеч ные элементы представление граничКожа i ных условий можно заменить уравнеK+Жир нием количества тепла с плоских элеK K+ментов:
Мышцы (К)0,5(k k2) hi(Ti tв) T (К) ,(18) cp 1 0,02r n ж к где ж- коэффициент теплоотдачи с Геометрическая модель с поверхности жира в кожу; кповышенной детализацией коэффициент теплопроводности кожи;
k и k+2- ребра граничных элементов, Рисунок 12. - Конечноэлементный узел.
в которые входит рассматриваемый узел (рисунок 12).
Считается, что в слоях кожа и лодежда не существует перетока тепла на границе между соседними секторами.
Таким образом, удалось избежать избыточной детализации и повысить скорость расчета в 20-30 раз при размере конечных элементов согласно со слоем жировой слой (количество элементов сокращено в 16-20 раз).
В оптимизационной модели в качестве исходных данных использовались значения температур на передней и задней частях туловища, соответствующие комфортному тепловому состоянию человека. Расчет выполнялся для температуры окружающей среды tB=-100C. Результатом расчета явилось оптимальное распределение пакета по участкам тела, в том числе толщина пакета материалов на туловище. Эта толщина пакета была использована в качестве исходных данных для расчетов в имитационной модели. Результатом явилось распределение температуры по периметру сечения туловища (Рисунок 13). На основании этих данных проведён расчет средней температуры по периметру туловища спереди и сзади. На этом же рисунке представлены результаты измерения температуры в условиях термокамеры при Ц100С по соответствующему периметру туловища человека в одежде с расчетной толщиной пакета в районе груди.
Как следует из графиков, расхождение средних температур, принятых в качестве исходных в оптимизационной модели и рассчитанных на имитационной модели, отличается не более, чем на 5%.
* Рисунок 13. - Соотношение результатов оптимизационного моделирования, имитационного и экспериментальных значений.
Значения температур по периметру туловища, рассчитанные на имитационной модели и полученные экспериментально, качественно совпадают, а погрешность расхождений полученных значений не превышает допустимых критериев.
Приведенные данные позволяют сделать выводы об адекватности полученных математических моделей реальному тепловому состоянию системы ЧСЗОНТ-С.
Таким образом, разработан математический аппарат, решающий одновременно две задачи: проверка на адекватность оптимизационного моделирования при поиске распределения параметров теплозащитного слоя и имитационная проверка качества защитной конструкции в системе Ч-О-С для заданных условий эксплуатации с учетом внутренней теплотворной топографии человека. Это является важнейшим аспектом методологии комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды.
В Главе 4 разработана математическая модель электризации текстильных материалов в составе пакета одежды и получена оценка напряженности суммарного электростатического поля, которое обусловлено внешними источниками и фрикционным взаимодействием материалов пакета, что необходимо для создания надежных защитных конструкций от воздействия статического электричества там, где существенно снижается уровень влажности атмосферы (см.
рисунок 1), то есть чаще всего там, где температура воздуха резко понижена и влажность из воздуха вымораживается, провоцируя угрозу искры и взрыва.
При оценке величины электрического заряда, возникающего при динамическом контакте двух диэлектрических поверхностей, учитывались следующие процессы: фрикционная электризация; электропроводность; эмиссия в воздушную среду.
На рисунке 14 представлено сечение пакета, состоящего из материалов с диэлектрическими проницаемостями 1, 2 и 3, толщинами 1, 2 и 3, разделенных воздушными прослойками d12 и d23, зависящими от структуры тканей, параметров шероховатостей соседних поверхностей слоев системы.
Рисунок 14. - Схема перераспределения электростатических зарядов между взаимодействующими слоями системы Ч-СЗОНТ(Эс)-С.
Таким образом, электризация складывается из двух процессов: накопления и спада статических зарядов во времени:
d dспад рост.
t dt dt dt dt Величина поверхностного электрического заряда, образующегося при контакте двух текстильных материалов, согласно Генри, обусловлена диффузным переходом ионов, а стекание заряда - проводимостью материала и эмиссией в окружающую среду. Диффузия при сдавливании и относительном перемещении слоев пакета одежды учитывается коэффициентом a.
Методом вторичных источников, введением дополнительных связанных зарядов св, в кусочно-однородную среду были проведены преобразования в однородную и получено уравнение, позволяющее получить величину напряженности электростатического поля вблизи поверхности одежды:
N (19) En ri , i iсв R iгде 0 - электрическая постоянная; - диэлектрическая проницаемость среды;
i - поверхностный электрический заряд, возникающий при эксплуатации изделия на i-ом слое, Кл/м2; i(св) - поверхностный связанный электрический заряд на i-ом слое, Кл/м2; ri - радиус i-ого слоя пакета материалов, м; R - средний радиус пакета, м; N - число слоев в пакете материалов.
На основе математического моделирования получена функция, целевая зависящая от характеристик и состояния системы и позволяющая оценить электризацию описываемой системы:
, (20) Eпр En здесь Епр = 1,9 МВ/м - верхнее предельно допустимое значение напряженности электростатического поля для нормальных условий воздушной среды с учетом коэффициента безопасности (то есть запаса безопасного предела).
В результате была получена система (21), которая представляет собой математическую модель электризации многослойного пакета материалов, позволяет давать оценку напряженности электростатического поля вблизи внешней поверхности костюма и прогнозировать обеспечение электростатической безопасности.
a n1 kbT ;
W1 W ln hE фрик 2 h e n 2 r r x2 ;
a r r x k Nt ;
b 1 ' ' hT c1 r1внеш r1внут c r2внеш r2 внут S 1 S ;
t exp t E фрик 0 V 2 kT ;
exp( C W ) V 2 g N l C 2 ;
(21) W 1 A Bt 100 t E 2 r1 R 2 ;
св 1 S 1 S R1 i e ;
i e N ;
E ri n i R i ;
i i t св _ i , E E E n внеш где - относительная влажность воздуха, %; t* - температура, С (температура); A, B, E - постоянные, зависящие от вида волокон.
Вычисления, проведенные на математической модели, позволили получить значения поверхностных зарядов на слоях внутри пакета материалов, которые представлены в таблице 2, и оценить значение напряженности электростатического поля вблизи поверхности защитного костюма в зависимости от внешнего поля.
Т а б л и ц а 2. - Результаты математического моделирования процесса электризации одежды.
Напряженность внешнего электрического Расстополя, В/м яние от 0 100 1500 200Слои системы Ч-О центра симмет- Напряженность электростатического поля, рии, м созданного теплозащитным костюмом, В/м 1 2 3 4 5 Тело человека (ядро + кожа) 0,14Белье 0,15Трикотаж - 100% хлопок 0,16Подкладочная 0,17Бязь - 100% хлопок 0,17Утеплитель 0,1733 3,70104 4,53105 6,28106 8,321Ватин - 100% шерсть 0,20Ветрозащитная ткань 0,20Dewspo - 100% полиэстер 0,20Ткань верха 0,20Премьер Комфорт 250А 0,21Суммарное значение напряженности электроста3,70104 4,53105 6,28106 8,321тического поля вблизи поверхности одежды,В/м Таким образом, появляется возможность использовать формальный аппарат для расчетов оптимального решения пакета материалов для антистатической одежды с учетом режима температуры и влажности окружающей среды на производстве.
Пятая глава посвящена разработке методологического, алгоритмического, программного и информационного обеспечения конструирования одежды, а также представлена программа, разработанная для измерительно-расчетного комплекса ИРК-5, позволяющего определять тепловое состояние человека в одежде в натурных условиях.
Для САПР теплозащитной одежды проведено аналитическое исследование составляющих элементов прибавки на свободное облегание конструкции с учетом мягкости современных объемных утепляющих материалов для одежды. В соответствии с размерными признаками, принятыми в математической модели, проведены расчеты прибавок на основных участках конструкции. Динамические и антропометрические составляющие прибавок, представлены в таблице 3.
Т а б л и ц а 3. - Расчет основных прибавок на свободное облегание конструкции Наименование раз- Прибавка на Минимально необДинмичес Интервал мерного признака толщину паходимая прибавка на № кий безразликета матесвободу облегания, п/п эффект,di, чия,Ti, риалов, П, см см см мин П т.м., см 2 Обхват груди 3,8 8,0 22 11,8+ 24 Обхват бедер 2,0 8,0 24 10,0+ 25 Обхват плеча 2,7 3,0 25 5,7+26 Обхват бедра 1,5 4,0 26 5,5+27 Обхват голени 3,3 1,8 27 5,1+2Для получения исходных данных, необходимых конструктору, создан расчетный модуль САПР теплозащитной одежды, алгоритм реализации которого представлен на рисунке 15.
Рисунок 15.- Алгоритм расчетного модуля САПР теплозащитной одежды.
В процессе работы с алгоритмом конструктор определяет условия: характеристики окружающей среды, материалов, целевые значения температур на частях тела человека. Для реализации данного алгоритма было разработано программное обеспечение (Программа TERM), позволяющее в удобном интерфейсе проводить предварительные расчеты параметров конструкции проектируемого изделия (Рисунок 16).
Рисунок 16. - Интерфейс страницы полученных результатов расчетного модуля САПР теплозащитной одежды (Программа TERM).
В разделе проектирования утепленной одежды для защиты от статического электричества большое значение имеет пакет применяемых материалов. Для расширения возможностей применения перо-пуховой смеси в условиях влажной среды, как самой легкой и теплой среди натуральных утеплителей, но при этой гигроскопичной, в утепляющую смесь был введен холлофайбер (синтетический аналог пуха) и проведены исследования упругих, объемных и электрических свойств комплексного утеплителя при сохранении теплозащитных свойств. В результате установлено, что упругие свойства теплоизоляционной смеси пух, перо и холлофайбер в соотношении: 80, 10 и 10 %, по показателю параметра F.P. не уступают уровню упругих свойств натуральной перо-пуховой смеси, что позволяет рекомендовать новую комплексную смесь в качестве утеплителя для применения на территориях с низкой температурой и средней влажностью.
Исследованы технические требования к специальной ткани, обеспечивающей отсутствие миграции пуха, гигиенические и антиэлектростатические свойства. Разработано техническое задание, согласно которому на предприятии ЮнСен-Текстиль начат выпуск ткани COTTON.NAVY NEW для специальной теплозащитной одежды и статического электричества, удовлетворяющей требованиям ВНИИГАЗ.
Для проектирования специального антиэлектростатического костюма для защиты от пониженных температур был разработан новый алгоритм проектирования, представленный на рисунке 17. В его структуре программа TERM является встраиваемым элементом.
Для реализации данного алгоритма была разработана программная среда на языке C+ и апробирована на практике программа расчета оптимальных параметров конструкции защитной одежды от тепловых потоков и сопутствующего статического электричества Antistatikminus.
Здесь Xm, Yn, Zk, Hl, - характеристики материалов пакета; i, Пj - окончательные толщины пакета и прибавки для разработки базовой конструкции. Особенностью алгоритма является итерационный поиск оптимального сочетания теплозащитных и электростатических свойств пакета материалов.
Расчетный модуль САПР был применен в разработке теплозащитной одежды для условий 500С. Для указанных температурных условий в сочетании с сопутствующими климатическими и производственными факторами были рассчитаны основные величины конструктивных прибавок, обеспечивающих свободное облегание на основе учета динамики и толщины пакета для специальной теплозащитной куртки и комбинезона (Рисунок 18).
Рисунок 17. - Алгоритм проектирования СЗОНТ(Эс) Рисунок 18. - Эскиз теплозащитной куртки и комбинезона, построенных на основе результатов математического моделирования.
Для исследования теплового состояния человека и проверки гигиенического соответствия разрабатываемой защитной одежды был создан измерительно-расчетный комплекс ИРК-5. Для него была разработана программная среда, рабочий интерфейс которой представлен на рисунке 19.
Программа рассчитывает теплонакопление, теплосодержание человека, дефицит или накопление тепла, дает динамические характеристики точечного поведения температуры кожи.
Рисунок 19.- Интерфейс программы ИРК-5.
С помощью ИРК-5 были проведены натурные испытания спроектированного и изготовленного комплекта одежды. На рисунке 20 представлены графики изменения температуры участков тела человека во время испытаний при температуре окружающей среды -500С.
- Ректальная температура.
- Средневзвешенная температура кожи.
30 - Средневзвешенная температура тела.
- В области груди.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 - В поясничной области.
Время, часы Рисунок 20.- Результаты эксперимента опытного образца теплозащитной одежды.
Испытания показали положительные результаты и подтвердили адекватность математических моделей реальным тепловым процессам статической системы Ч-СЗОНТ-С безопасным состоянием человека.
С целью обеспечения человека в защитной одежде средствами дополнительного контроля была разработана система контроля и оповещения, основанная на устройстве (датчике), способном автоматически диагностировать напряженность электростатического поля вблизи поверхности текстильного изделия в реальных климатических условиях его эксплуатации.
Функциональная схема датчика для контроля напряженности электростатического поля и оповещения представлена на рисунке 21.
Технические харакРисунок 21. - Функциональная схема датчика электеристики датчика тростатического поля ИСКРА.
представлены в таблице 4.
Т а б л и ц а 4. - Технические данные датчика электростатического поля.
Вывод инфор- Уровень звука Чувствительный Питание авРежим работы мации об опас- сигнала опоэлемент тономное ности вещения Полевой транзиНепрерывный Звуковой сигнал 88 дБ А 3 В (Li) стор КП 3Температура, С Вариант промышленного исполнения разработанного устройства представлен на рисунке 22.
С учетом разработанной системы контроля электростатической безопасности человека были проведены эргономические исследования динамических поз работников нефтегазового комплекса. В результате определены зоны костюма, Рисунок 22. - Вариант промышленного исполнения устройства сигнализаявляющиеся контрольными для анализа ции электростатического напрявеличины напряженности электростатижения ИСКРА.
ческого поля, с учетом основных требований к базовым характеристикам конструкции специальной утепленной одежды разработана система специальных конструктивных элементов для размещения датчиков в одежде и их защиты от механических повреждений.
На рисунке 23 приведена оценка работы датчика электростатического поля и адекватности математической модели, описывающей процесс накопления статического электричества на поверхности и в слоях пакета одежды в натурных испытаниях.
Здесь на фоне графика, построенного по математической модели для испытуемого изделия, разработанной в главе 4, наложен уровень включения датчика (режим включения соответствует логической л1, режим несрабатывания - значению логического л0). При напряженности внешнего поля более 20 кВ/м датчик оповещения сработал, условно зафиксировав значение электростатического поля вблизи поверхности костюма, близкое к допустимому (Eпр=1,9 МВ/м) - с учетом запаса порога безопасности, что совпадает с моделируемой ситуацией.
Рисунок 23. - Оценка работы датчика электростатического поля (условия проведения эксперимента: температура окружающего пространства -25?С, влажность воздуха 66%, скорость движения воздуха 2 м/с.) Анализируя полученные данные, можно сказать, что ожидаемое состояние системы подтвердилось экспериментально, а расчетные характеристики костюма обеспечивают стабильную защиту человека от статического электричества. Ситуации возникновения угрозы пробоя электрической дуги, вызванные значительными изменениями в окружающей среде, приводят к быстрому реагированию системы оповещения об опасности и позволяют человеку организовать собственные меры по предупреждению несчастного случая.
Таким образом, на основе разработанных математических методов моделирования поведения системы Ч-О-С разработаны модели алгоритмизации и программное обеспечение, позволившее автоматизировать расчеты специальной теплозащитной одежды формализованным аппаратом, создав тем самым комплексный инструмент для проектирования СТО, (Эс) целого подкласса для предприятий добывающей промышленности.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ На основе анализа работ, посвященных проектированию специальной теплозащитной одежды, установлено, что проектирование базируется на определенных, не поставленных на единую методологическую основу, подходах и методиках, важнейшим из которых является математическое моделирование системы Человек-Одежда-Среда. Результаты расчетов, полученных на математических моделях, формально не адаптированы к непосредственному применению в системах автоматизированного проектирования одежды. Это приводит к вынужденной необходимости конструктора задавать исходные данные для конструирования на основании своего опыта и субъективной интерпретации результатов расчета на математической модели. Учитывая это, качественным переходом на новый уровень проектирования, основанный на объективных данных и полной формализации расчетов, является создание специального блока САПР одежды, совместимого с современными системами автоматизированного проектирования.
Результаты проведенного системного анализа условий труда работников энергодобывающего комплекса, как самого крупного и перспективного промышленного сектора России, позволил установить тенденции изменения зависимостей сопутствующих факторов среды и физиологии человека в производственно-климатических условиях, характеризующихся широким диапазоном температур от -70 до +60?С и опасным воздействием статического электричества, что легло в основу разработанной концепции комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды.
В результате исследования размерных характеристик туловища человека были разработаны варианты аппроксимации тела человека различными геометрическими фигурами и разработаны их аналитические описания.
Обосновано представление формы внутренних органов в виде конечных цилиндров, рассчитаны уровни их основного обмена и задано их месторасположение в модели тела человека. Различные варианты модельных представлений тела человека с асимметричным расположением внутренних органов послужили основой для построения математических моделей Человек-Одежда-Среда, позволяющих рассчитать тепловую защиту с учетом неравномерности генерируемых туловищем человека потоков тепла.
Разработанные имитационные и оптимизационные математические модели теплообмена системы Человек-Одежда-Среда, основанные на различных модельных представлениях тела человека, различных допущениях при построении конечно-разностных схем, позволили установить, что результаты расчета распределения толщины теплозащитного слоя по поверхности тела человека устойчивы относительно вариаций модельных представлений тела человека и принимаемых для построения различных математических моделей допущений.
Разработанные математические модели системы Человек-ОдеждаСреда для условий нагревающей и охлаждающей среды, базирующиеся на универсальной модели тела человека, позволяют производить расчеты по оптимизации распределения элементов системы охлаждения по участкам туловища человека для специальной теплозащитной одежды от высоких температур и минимизировать количество тепла с поверхности модели тела человека благодаря расчету оптимальным распределением толщины теплозащитной одежды от холода на разных участках тела человека.
На основе анализа полученных результатов, сравнения с полученными экспериментальными данными сделан вывод о достаточности использования для создания сквозной САПР проектирования одежды оптимизационной модели расчета распределения толщины теплозащитного пакета по поверхности тела человека. Формальное преобразование оптимального распределения толщины пакета по участкам тела человека позволило получить величины исходных коэффициентов для проектирования теплозащитной одежды для защиты от холода по общепринятым методикам и создать компьютерную программу TERM, совместимую с современными САПР одежды.
С целью получения формального инструмента для проектирования теплозащитной одежды с антиэлектростатическим эффектом разработана математическая модель процесса электризации и методика прогнозирования распределения статического электричества на поверхности и в слоях пакета одежды, реализованная в алгоритм и соответствующую программу Antistatikminus. Результаты исследования на математической модели электростатического состояния пакета одежды легли в основу создания логистики алгоритма комплексного проектирования специальной теплозащитной одежды, учитывающей требования электростатической безопасности.
В целях обеспечения эффективных методов контроля теплового состояния системы Человек-Одежда-Среда и электростатического состояния одежды были созданы методики и приборы: измерительно-расчетный комплекс ИРК-5, позволяющий проводить исследования теплофизического состояния человека в натурных условиях; индикатор электростатического поля одежды ИСКРА, обеспечивающий контроль напряженности электростатического поля вблизи поверхности одежды и осуществляющий сигнализацию в случае превышения заданного уровня напряженности электростатического поля.
Качество полученных решений апробировано при создании различных видов спецодежды для трудящихся на Российских и международных предприятиях ТЭК. На разработанные изделия получены сертификаты соответствия и разрешения ООО Газобезопасность на их применение в нефтегазовой промышленности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В итоге проведенных научно-исследовательских и опытно-конструторских работ, положенных в основу настоящей диссертационной работы, созданы теоретические основы комплексного проектирования теплозащитной одежды от широкого диапазона температур.
Разработанные математические модели, алгоритмы, методы и средства контроля системы Человек-Одежда-Среда являются инструментом для комплексного решения задач современного проектирования специальной теплозащитной одежды и существенно расширяют современную базу знаний в этой области.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах:
1. Черунова, И.В. Особенности проектирования специальной одежды для горноспасателей [Текст] / И.В. Черунова, И.Ю. Бринк, Т.В. Денисова // Совершенствование техники и технологии изделий сервиса: Межвузовский сборник научных трудов. - Шахты: ЮРГУЭС, 1999. - Вып. 32. - С.89-91.
2. Денисова, Т.В. Расчет теплового сопротивления одежды для зимнего спорта [Текст] / Т.В.
Денисова, И.В. Черунова, Н.С. Румянская // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион.
Технические науки. - 1999. - №3. - С.27-29.
3. Бринк, И.Ю. Принципы проектирования специальной одежды для горноспасателей [Текст] / И.Ю. Бринк, И.В. Черунова, // Современные проблемы техники, технологии и экономики сервиса: сборник трудов молодых ученых и аспирантов. - Шахты: ЮРГУЭС, 1999. - Вып. 31. - С.3740.
4. Черунова, И.В. К вопросу о динамической антропометрии при конструировании специальной одежды для горноспасателей [Текст] / И.В. Черунова, Т.В. Денисова // Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса: материалы Межрегион. конф. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2000. - С.21-22.
5. Денисова, Т.В. Совершенствование процесса проектирования специальной одежды для горноспасателей [Текст] / Т.В. Денисова, И.В. Черунова, И.Ю. Бринк // Актуальные проблемы науки, техники и экономики легкой промышленности: сб.тезисов докл. Международной научно-технической конференции МГУД. - М.: МГУД, 2000. - С.216.
6. Бринк, И.Ю. Специальная одежда как элемент системы обеспечения безопасности труда горноспасателей [Текст] / И.Ю. Бринк, И.В. Черунова // Материалы научно-практического семинара по совершенствованию системы экспертизы промышленной безопасности Госгортехнадзора России. - Новочеркасск, 2000. - С.196-197.
7. Кудрявцев, В.И. Измерительно-расчетный комплекс для исследования теплозащиты спецодежды [Текст] / В.И. Кудрявцев, И.Ю. Бринк, И.В. Черунова // Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: материалы Междунар. науч.-практ. конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. - С.44-49.
8. Бринк, И.Ю. К вопросу о способе теплоизоляции человека в условиях нагревающей среды [Текст] / И.Ю. Бринк, И.В. Черунова, Т.В. Денисова // Прогресс - 2000: материалы международной научно-технической конференции. - Иваново: ИГТА, 2000. - С. 127-129.
9. Бринк, И.Ю. К вопросу создания эффективных средств противотепловой защиты [Текст] / И.Ю. Бринк, А.В. Похлебин, И.В. Черунова, В.М. Вяльцев // Уголь. - 2000. - № 9 - С.46-47.
10. Черунова, И.В. К вопросу о способе создания рационального противотеплового костюма [Текст] / И.В. Черунова, Т.В. Денисова // Прогресс - 2000: материалы международной научно-технической конференции. - Иваново: ИГТА, 2000. - С. 231-232.
11. Черунова, И.В. Развитие принципов автоматизации в процессе исследования теплозащитных свойств текстильных материалов [Текст] / И.В. Черунова, И.Ю. Бринк // Студенческая наука - экономике научно-технического прогресса: материалы Межрегион. конф. - Ставрополь:
СевКавГТУ, 2001. - С.28-30.
12. Черунова, И.В. Совершенствование методов проектирования специальной одежды для горноспасателей [Текст] : автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.19.04 / Черунова Ирина Викторовна; Моск. гос. ун-т дизайна и технологии. - М., 2001.- 27 с. - Библиогр. : с. 26-27.
13. Кудрявцев, В.И. Методический подход к математическому моделированию процессов теплообмена системы Человек-термозащитная одежда-среда [Текст] / В.И. Кудрявцев, И.В.
Черунова, Ю.А. Бахвалов, И.Ю. Бринк, Г.В. Филькин, Г.В. Кудрявцева // Моделирование.
Теория, методы и средства: материалы I Междунар. науч.-практ. конф. 11 апреля 2001г. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С.4-5.
14. Бринк, И.Ю. О способе повышения уровня индивидуальной зашиты горноспасателей [Текст] / И.Ю. Бринк, И.В. Черунова, // Производство. Технология. Экология ПРОТЭК2001: материалы Междунар. науч.-практ. конф. 19-21 сентября 2001г. - Москва: Станкин, 2001. - С. 99-102.
15. Черунова, И.В. Спецодежда как фактор менеджмента качества и безопасности [Текст] / И.В.
Черунова, И.Ю. Бринк // Новые технологии управления движением технических объектов:
сборник статей по материалам 5-й Междунар. науч.-технической. конф. 18-20 декабря 2002г.
- Новочеркасск: ЮРГТУ, - 2002. - Ч. 2. - С. 102-105.
16. Черунова, И.В. Проблемы совершенствования системы экологической безопасности персонала предприятия Минатома РФ [Текст] / И.В. Черунова, И.Ю. Бринк, С.З. Терехов // Производство. Технология. Экология ПРОТЭК-2002: материалы Междунар. науч.-практ. конф.
18-20 сентября 2002г. - Москва: Станкин, 2002. - С. 81-86.
17. Черунова, И.В. Разработка рациональной системы формирования материалов для специального костюма горноспасателей [Текст] / И.В. Черунова // Технико-технологические и социально-экономические проблемы развития сферы услуг: сборник научных трудов. - Ростовна-Дону: РИС ЮРГУЭС, 2002. - С.84-87.
18. Черунова, И.В. Оптимизация параметров термозащитного пакета в костюмах для защиты от высоких температур [Текст] / И.В. Черунова // Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека: материалы Междунар. науч. конф. - Москва:
МГУДТ, 2002. - С.147-150.
19. Бринк, И.Ю. Основные эргономические и теплообменные особенности функционирования системы Человек-среда в условиях стационарных наблюдений / И.Ю. Бринк, И.В. Черунова, М.С. Герасименко // Производство. Технология. Экология ПРОТЭК-2003: материалы Междунар. науч.-практ. конф. 17-19 сентября 2003г. - Москва: Станкин, 2003. - С.23-28.
20. Бринк, И.Ю. Некоторые теоретические аспекты методики электростатической сортировки сельскохозяйственного сырья / И.Ю. Бринк И.В. Черунова И.Н. Даниленко // Производство.
Технология. Экология ПРОТЭК-2003: материалы Междунар. науч.-практ. конф. 17-19 сентября 2003г. (дополнительный) - Москва: Станкин, 2003. - С.423-424.
21. Черунова, И.В. Исследование динамических характеристик соединительных швов для изготовления спецодежды [Текст] / И.В. Черунова, О.А. Бельдиева // Социально-Экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг: сборник научных трудов. - Ростов-на-Дону: РИС ЮРГУЭС, 2003. - Вып.2. - Т.2. - С.130-134.
22. Черунова, И.В. Развитие принципов комбинаторики в процессе технологический подготовки производства [Текст] / И.В. Черунова, О.Ю. Демидчик, Ю.Ю. Корякина, О.О. Грязюк // Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг: сборник научных трудов. - Ростов-на-Дону: РИС ЮРГУЭС, 2003. - Вып.2. - Т.2. - С.134-141.
23. Черунова, И.В. Исследование адаптационных свойств организма человека в условиях температурной акклиматизации [Текст] / И.В. Черунова, О.Н. Мирошниченко // Социальноэкономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг: сборник научных трудов. - Ростов-на-Дону: РИС ЮРГУЭС, 2003. - Вып.2. - Т.2. - С.142-147.
24. Черунова, И.В. Исследование и разработка некоторых положений для проектирования специальной одежды [Текст] / И.В. Черунова, Е.А. Федорова // Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг: сборник научных трудов. - Ростов-на-Дону: РИС ЮРГУЭС, 2003. - Вып. 2. - Т.2. - С.150-156.
25. Черунова, И.В. Использование метода прогонки в решении задачи математического моделирования системы теплообмена человек-термозащитная одежда-среда [Текст] / И.В. Черунова, Г.В. Филькин // Научная мысль Кавказа. - СКНЦ: Ростов н/Д, - 2003. - №.11(52). С.112-116.
26. Черунова, И.В. Исследование теплофизических характеристик противотеплового пакета для термозащитных костюмов [Текст] / И.В. Черунова // Социально-Экономические и техникотехнологические проблемы развития сферы услуг: сборник научных трудов. - Ростов-наДону: РИС ЮРГУЭС, - 2003. - Вып. 2. - Т. 2. - С.147-150.
27. Черунова, И.В. Исследование структуры распределения материалов верха в спец.одежде для горноспасателей [Текст] / И.В. Черунова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов. - Ростов н/Д: РИС ЮРГУЭС, 2004. - Вып.3. - Т.2. - С.202-204.
28. Черунова, И.В. Экспериментальное исследование процессов теплообмена локальных зон человека в условиях продолжительного охлаждения [Текст] / И.В. Черунова, М.С. Герасименко // Наука производству - 2004. - №2. - С.57-58.
29. Меркулова, А.В. Проблемы оценки качества перо-пухового сырья [Текст] / А.В. Меркулова, И.В. Черунова / Инновации и перспективы сервиса: международная научно-технич. конф., г.Уфа, 23-24 ноября 2004 г. - Уфа: УГИС, 2004. - С.154-156.
30. Черунова, И.В. Влияние изменения климата на проектирование теплозащитной одежды [Текст] / И.В. Черунова, А.С. Рукавишникова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов. - Ростов н/Д: РИС ЮРГУЭС, 2004. - Вып.3. - Т.2. - С.213-215.
31. Даниленко, И.Н. Постановка основных задач расчета электростатического поля [Текст] / И.Н. Даниленко, Ю.А. Бахвалов, И.В. Черунова, А.В. Меркулова // XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 80-летию со дня рождения академика В.П.
Макеева: тезисы доклада. - Миасс. - 2004. - С.111.
32. Черунова, И.В. Математические основы описания процесса метаболизма в условных элементах тела человека в системе Человек-термозащитная одежда-среда [Текст] / И.В. Черунова, И.Ю. Бринк, Г.В. Филькин // Технический прогресс в швейном производстве: межвузовский сборник научных трудов / ЮРГУЭС. - Шахты: ЮРГУЭС, 2004. - С.32-34.
33. Бринк, И.Ю. Исследование возможности электростатического разделения перо-пухового сырья на фракции / И.Ю. Бринк, И.В. Черунова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов. - Вып.3. - Том.2. - Ростов н/Д: Изд-во РИС ЮРГУЭС, 2004. - С. 226-229.
34. Черунова, И.В. Исследование термозащитного эффекта специальной одежды как средства индивидуальной защиты человека от повышенных температур [Текст] / И.В. Черунова // Экология и безопасность жизнедеятельности: материалы V Международной научнопрактической конференции. - Пенза: МНИЦ, 2005. - С.124-129.
35. Черунова, И.В. Разработка устройства для исследования проекционных характеристик поверхности тела человека [Текст] / И.В. Черунова, В.В. Глебов, А.В. Меркулова // Социальноэкономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов / РИС ЮРГУЭС. - Ростов-на-Дону: РИС ЮРГУЭС, 2005. - Вып.4.-Ч.2. - С.243-247.
36. Черунова, И.В. Анализ ассортимента современных материалов, применяемых для изготовления одежды для активного отдыха [Текст] / И.В. Черунова, А.С. Рукавишникова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч.
трудов. - Ростов н/Д: РИС ЮРГУЭС, 2005. - Вып.4. - Ч.2. - С.240-243.
37. Черунова, И.В. О способе расширения сферы потребления теплозащитной одежды [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Меркулова // Экономические проблемы организации производственных систем и бизнес-процессов: материалы III Международной научно-практич. конф., ЮРГТУ, 11 февраля 2005 г. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. - С.49-50.
38. Черунова, И.В. Специальное программное обеспечение для расчета параметров конструкции теплозащитной одежды [Текст] / И.В. Черунова // Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИНТОП): материалы международной научно-технической конференции (25-26 мая 2006 г.). - Орел: ОреГТУ, 2006. - Т.2. - С.235-238.
39. Черунова, И.В. Развитие элементов автоматизации процесса проектирования специальной теплозащитной одежды [Текст] / И.В. Черунова // Швейная промышленность. - 2006.
- Вып.3 - С.24-25.
40. Черунова, И.В. Исследование комплексных утепляющих смесей для антистатической спецодежды [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Меркулова // Научная мысль Кавказа. - 2006. - №3. - С.184-187.
41. Черунова, И.В. Развитие положений математического моделирования при проектировании одежды [Текст] / И.В. Черунова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов. - Ростов н/Д: РИС ЮРГУЭС, 2006. Вып.5. - Ч.2. - Т.2. - С.185-190.
42. Черунова, И.В. Экспериментальное исследование технологических характеристик пакетов материалов базовых конструкций с использованием несвязных утеплителей [Текст] / И.В.
Черунова, А.В. Крысова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов. - Ростов н/Д: РИС ЮРГУЭС, 2006. - Вып.5. - Ч.2. - Т.2. - С.190-194.
43. Черунова, И.В. Математическое моделирование в рамках гибкого проектирования теплозащитной одежды [Текст] / И.В. Черунова // Швейная промышленность. - 2006. - Вып.5. - С.37-38.
44. Черунова, И.В. Исследование свойств теплоизоляционных текстильных материалов [Текст] / И.В. Черунова / Ломоносов: материалы VIII международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - М.: Издательство МГУ, 2006. - Т.4. - С.477-478.
45. Черунова, И.В. Оценка защитного эффекта спецодежды в условиях пониженных температур и ветра [Текст] / И.В. Черунова, Е.О. Лебедева / Производство. Технология. Экология ПРОТЭК-2006: материалы Междунар. науч.-практ. конф. 20-22 сентября 2006г. - М.: МГТУ Станкин, 2006. - Т.1. - С. 92-97.
46. Черунова, И.В. Пути повышения качества проектирования и степени защиты специальной утепленной одежды с анти-нефте-масло-статическим эффектом [Текст] / И.В. Черунова, А.В.
Меркулова // Производство. Технология. Экология. ПРОТЭКТ2006: материалы международной конференции. - М.: МГТУ СТАНКИН, 2006. - С.87-91.
47.Черунова, И.В. Современный способ оценки теплозащитной функции одежды [Текст] / И.В.
Черунова // Швейная промышленность. - 2006. - Вып.6. - С.37-38.
48.Черунова, И.В. Современные технологии расчета параметров средств индивидуальной защиты человека от теплового потока и ограниченности дыхания [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Касаткин / Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 17 нояб. 2006 г. : В 3 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ООО НПО Темп, 2006. - Ч.1. - С. 32-34.
49. Черунова, И.В. О способе повышения теплосъемного эффекта специальной одежды для защиты от повышенных температур работников нефтегазового комплекса [Текст] / И.В. Черунова // Теория, практика и перспективы развития современного сервиса: материалы межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов. - Волгоград:
ВФМГУС, 2006. - С.363-367.
50. Черунова, И.В. Современные ткани в аспекте повышения качества одежды для активного образа жизни [Текст] / И.В. Черунова И.В. Куренова // Современные проблемы техники и технологии сервиса: технический прогресс в швейном производстве: межвузовский сб.науч.трудов / под ред. Л.А.Бекмурзаева. - Шахты: ЮРГУЭС, 2006. - С.40-41.
51. Черунова, И.В. Формирование системы комплексной защиты человека в дыхательном оборудовании от повышенных температур [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Касаткин // Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии: материалы 7-й международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. - С.24-27.
52. Черунова, И.В. Особенности математического моделирования тела человека для проектирования одежды [Текст] / И.В. Черунова // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: материалы 6-й международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006 - С. 44-49.
53. Черунова, И.В. Современные способы термозащиты человека с системой индивидуальной защиты дыхания [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Касаткин // Экология и безопасность жизнедеятельности: материалы VI Международной научно-практической конференции. - Пенза:
МНИЦ, 2006. - С.163-168.
54. Черунова, И.В. Структура модели тела человека при математическом моделировании для проектирования одежды с локальной теплозащитой [Текст] / И.В. Черунова // Проблемы экономики, науки и образования в сервисе: сб.науч.трудов / под ред. П.Д. Кравченко. - Шахты: ЮРГУЭС, 2006. - С.103-105.
55. Черунова, И.В. Описание эллиптического сечения элементов математической модели для проектирования одежды [Текст] / И.В. Черунова // Научная мысль Кавказа. - Ростов н/Д:
СКНЦ, 2006. - №2 - С.149-152.
56. Меркулова, А.В. Явление статической электризации теплозащитного пакета материалов для одежды [Текст] / А.В. Меркулова, И.В. Черунова / Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: материалы Седьмой Международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. - С.8-10.
57. Меркулова, А.В. Исследование объемных характеристик комплексных смесей с учетом режима влажности [Текст] / А.В. Меркулова, И.В. Черунова / Социально-экономические и технико-технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов / РИС ЮРГУЭС. - Ростов-на-Дону: РИС ЮРГУЭС, 2006. - Вып. 5. - Ч.2. - Т.2. - С.195-198.
58. Меркулова, А.В. Исследование проблемы усовершенствования спецодежды для работников нефтегазового комплекса [Текст] / А.В. Меркулова, И.В. Черунова / Технический прогресс в швейном производстве: сборник научных трудов / Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса.
- Шахты: ЮРГУЭС, 2006. - С. 24-26.
59. Черунова, И.В. Проектирование защитной одежды как компонент социальной защищенности человека [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Меркулова // Проектирование новой реальности (ПНР-2007): материалы международной научной конференции. - Часть 3. - Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2007. - С87-89.
60. Die begrifflichen Grundlagen der mathematischen Modellierung des Systems ДMensch-KleidungUmweltУ vor dem Hintergrund verschiedener ausserlicher Einwirkungen [Текст] / Черунова, И.В., Меркулова А.В. //УИнформатика и компьютерное проектирование 2007: Материалы 3-й международной научно-технической конференции молодых ученых и студентов. - Донецк (Украина): ДонНТУ, 2007. - С. 48-50.
61. Черунова, И.В. Технологические аспекты внедрения новой технологии утепленной одежды [Текст] / И.В. Черунова, Л.А. Осипенко А.В. Крысова // Конкуренция и конкурентоспособность. Организация производства конкурентоспособной продукции: материалы 6-й международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. - С.65-66.
62. Черунова, И.В. Совершенствование системы безопасности труда человека на современном производстве [Текст] / И.В. Черунова, Е.О. Лебедева / Безопасность России: состояние и перспективы: материалы всероссийской научно-технической конференции. - Зеленодольск:
Академия управления ТИСБИ, 2007. - С.374-377.
63. Черунова, И.В. Концепция эволюционного подхода в математическом моделировании системы Человек-Одежда-Среда [Текст] / И.В. Черунова / Научная сессия ТУСУР - 2007: материалы всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: ТУСУР, 2007. - С.119-124.\ 64. Черунова, И.В. Концепция математического описания процессов терморегулирования нижних конечностей людей с ограниченными возможностями движения при помощи специальной одежды [Текст] / И.В. Черунова, Н.Ю. Савельева, О.В. Приходченко / Моделирование.
Теория. Методы и средства: материалы 7-й международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. - Ч.1. - С.56-58.
65. Черунова, И.В. Совершенствование конструкции верхней плечевой утепленной одежды с учетом локальной эксплуатационной деформации [Текст] / И.В. Черунова, А.С. Рукавишникова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов. - Ростов н/Д: РИС ЮРГУЭС, 2007. - Вып.5. - Ч.2. - Т.2. ЦС.195-199.
66. Черунова, И.В. Исследование аэродинамических свойств несвязных утепляющих смесей [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Меркулова // Социально - экономические и технико - технологические проблемы развития сферы услуг: сб. науч. трудов. - Ростов н/Д: РИС ЮРГУЭС, 2007. - Вып.5 - Ч.2. - Т.2. - С.185-189.
67. Черунова, И.В. Пути разработки конструкции утепленной одежды со стабильной теплозащитной функцией [Текст] / И.В. Черунова, А. С. Рукавишникова // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2007): сб. материалов международной научно-технической конференции. - Иваново:
ИГТА, 2007 - Ч.1 - С.240-241.
68. Черунова, И.В. Исследование антистатических свойств текстильных материалов утепляющих пакетов для одежды [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Меркулова // Современная техника и технологии СТТ 2007: материалы ХIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых. - Томск: ТПУ, 2007. - Т.2. - С.248-250.
69. Черунова, И.В. Эволюционный подход к решению задачи оптимизации параметров конструкции специальной одежды для защиты от тепловых потоков [Текст] / И.В. Черунова // Вузовская наука - региону: материалы V Всероссийской научно-технической конференции. Вологда: ВГТУ, 2007. Т.2. - С.130-131.
70. Черунова, И.В. Способ оценки и прогнозирования качества спецодежды [Текст] / И.В. Черунова // Качество науки - качество жизни: материалы III Международной конференции. Тамбов: ТГТУ, 2007. - С.267-269.
71. Черунова, И.В. Расчет оптимальных параметров специального бикалориметра для исследования утепляющих пакетов одежды [Текст] / И.В. Черунова // Известия вузов. СевероКавказский регион. Технические науки. - 2006. - Приложение № 4. - С.161-164.
72. Черунова, И.В. Построение математической модели теплообмена системы Человек-Одежда-Среда для проектирования одежды как СИЗ человека от критических температур [Текст] / И.В. Черунова // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2007. - № 2. - С. 43-46.
73. Пат.2295896 Российская Федерация, МПК А41D 1/06, A41D 13/00. Способ разработки теплозащитной конструкции брюк повышенной комфортности [Текст] Бринк И.Ю., Черунова И.В., Герасименко М.С., Терехов А.Л., Куприкова И.В.; заявитель и патентообладатель ООО БВН инжениринг.- №2005104508/12; заявл 18.02.2005; спубл.27.03.07, Бюл. №9. - 3с.
74. Основы проектирования антиэлектростатической теплозащитной одежды [Текст]: Монография / И.В. Черунова, А.В. Меркулова, В.В. Горчаков, И.Ю Бринк. - М.: Академия Естествознания, 2007 - 132 с.
75. Черунова, И.В. Проектирование противотепловых костюмов [Текст]: Монография / И.В. Черунова. - Шахты: ЮРГУЭС, 2007. - 151 с.
76. Пат. 2318557 RU, С2 A62B35/00. Рабочая одежда с ремнями безопасности [Текст] / Е.Е. Руденко, Н.Г. Сопельникова И.В. Черунова, - № 2006111926/12; заявл. 2005.02.18; опубл.
2008.03.10, Бюл. №7.- 3 с.: ил.
77.Меркулова А.В., Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2008610957. / А.В.Меркулова, С.В. Токарева, И.В. Черунова // Программное обеспечение для решения задачи поиска оптимального сочетания материалов в пакете одежды с целью создания условий электростатической безопасности - ANTISTATIC-minus. Выдано Российским агентством по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) 22.02.2008 г.
78.Черунова, И.В. Современные проблемы и перспективы создания специальной защитной одежды от тепловых потоков для нефтегазовой отрасли [Текст] / И.В. Черунова // Охрана труда и социальное страхование. Средства индивидуальной защиты - 2008. Ц№6.-С. 20-21.
79. Черунова, И.В. Тенденции развития защитной одежды для условий пришельфовых добывающих производств [Текст] / И.В. Черунова // Наука и образование- 2008: Материалы Международной научно-технической конференции - Мурманск: МГТУ, 2008.-С.940-980. Черунова, И.В. Специальная антиэлектростатическая теплозащитная одежда - современные проблемы и особенности проектирования [Текст] / И.В. Черунова, А.В. Меркулова // Швейная промышленность: Москва. - 2008. -вып.3. - С.39-40.
81. Черунова, И.В. Разработка исходных данных характеристик тела человека для целей проектирования защитной одежды [Текст] / И.В. Черунова // Актуальные проблемы в области искусства, дизайна, текстильной и легкой промышленности: Материалы Межвузовской научно-технической конференции - Благовещенск: АмГУ, 2008.-С.107-182. Черунова, И.В. Противотепловые костюмы - новые разработки в сфере защиты труда горноспасателей [Текст] / И.В. Черунова // Безопасность труда в промышленности: Москва. - 2008.
- №6. - С.13-16.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям