Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng tính chất nhiệt vật lý của một số vật liệu dệt trong nước đến kết cấu quần áo ấm trong điều kiện khí hậu việt nam

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học Bách Khoa Hµ Néi L· thị Ngọc Anh Nghiên cứu ảnh hởng tính chất nhiệt vËt lý cđa mét sè vËt liƯu dƯt níc đến kết cấu quần áo ấm điều kiện khí hậu Việt Nam Chuyên ngành : Công nghệ dệt - MAY M· sè : 62.52.20.05 LuËn ¸n tiÕn sÜ kü tht Ngêi híng dÉn khoa häc: 1.PGS.TS TRẦN BÍCH HỒN 2.GS.TSKH ĐẶNG QUỐC PHÚ Hµ Néi - 2009 ii Lêi cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận án trung thực, cha đợc công bố công trình khác Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà nội, ngày tháng năm 2008 Tác giả Là Thị Ngọc Anh iii Lời cảm ơn Lời đầu tiên, tác giả xin đợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Trần Bích Hoàn, GS.TSKH Đặng Quốc Phú, ngời thày đà tận tình hớng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi góp ý cho tác giả suốt trình thực luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới lÃnh đạo trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Khoa Công Nghệ Dệt - May Thời trang, Viện KHCN Nhiệt- Lạnh , Bộ môn Toán ứng dụng, Viện Đào tạo sau đại học, Phòng Khoa học- Công nghệ thày cô giáo, bạn đồng nghiệp khoa Công Nghệ Dệt - May Thời trang đà tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án Đồng thời tác giả xin trân trọng cảm ơn Trung tâm khí tợng thy văn - Tổng cục khí tợng thuỷ văn, Viện Kinh tế Kü tht DƯt - May, Bé m«n Ergonomi-ViƯn Y häc lao động môi trờng, Viện nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật bảo hộ lao động dẫn quí báu thiết thực cho luận án Tác giả chân thành cảm ơn sinh viên khoá K45, K46, K47, K48 ngành Máy thiết bị Nhiệt Lạnh, khoá K45, K47, K50 ngành công nghệ May Thời trang đà giúp đỡ trình đo đạc thực nghiệm thu thập số liệu góp phần vào thành công luận án Cuối cùng, nhng quan trọng lòng biết ơn chân thành xin đợc gửi tới Cha Mẹ gia đình, ngời thân yêu gần gũi đà chia sẻ gánh vác công việc, động viên tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận án Tỏc gi iv Danh mc cỏc kớ hiệu sử dụng luận án Ký hiệu Đơn vị Tên đại lượng -1 a A c C d D f F fr G h i ID [m s ] [-] -1 -1 [kJ.kg K ] Hệ số dẫn nhiệt độ Hệ số hấp thụ [kg.m ] [m] [m] [-] [m ] Mật độ tập trung nước Chiều dày lớp khơng khí tương đương Đường kính Hệ số bề mặt Diện tích [s ] -2 [g.m ] [m] -1 [kJ.kg ] Tần số Khối lượng 1m vải Chiều cao j [m s ] Hệ số khuếch tán nước vào khơng khí J k m M p P q Q r R RM t T v V W [g.m s ] Mật độ dòng ẩm [g.m ] Tốc độ dòng ẩm α δ ε γ τ ρ ϕ λ -3 -1 Entanpy -1 -2 -1 -2 -2 Nhiệt dung riêng -1 [W.m K ] [kg] [kg] [Pa] [W] -2 [W.m ] [W] -1 [kJ.kg ] Hệ số truyền nhiệt Khối lượng Lượng ẩm hấp thụ vải Áp suất Cơng suất nhiệt Mật độ dịng nhiệt Dịng nhiệt Nhiệt ẩn hóa [m K.W ] Nhiệt trở [s.m ] Trở nước [ C] [K] -1 [m.s ] Nhiệt độ bách phân Nhiệt độ tuyệt đối [m ] [%] -2 -1 [W.m K ] [mm] [-] [-] [s] Thể tích Độ ẩm vải Hệ số tỏa nhiệt Chiều dày Độ đen Độ xốp vải Thời gian -1 -1 o Vận tốc -3 [kg.m ] Khối lượng riêng [%] Độ ẩm tương đối -1 -1 [W.m K ] Hệ số dẫn nhiệt v Các số Trạng thái đầu, vào kk Khơng khí Trạng thái cuối, l Pha lỏng b Lớp PES lt Lý thuyết bh Bay max Lớn bx Bức xạ Nhỏ da Da thể người n Nước dl Đối lưu qa Quần áo dn Dẫn nhiệt s Sợi f Môi trường t Trạng thái tĩnh g Gió tb Trung bình gh Giới hạn tn Thực nghiệm h Hơi nước u Trạng thái ướt hbh Hơi bão hòa v Vải i Số thứ i vkh Vi khí hậu k Trạng thái khô w Bề mặt Các chữ viết tắt AC BHLĐ acrylic bảo hộ lao động TN-TA TN-TC truyền nhiệt – truyền ẩm truyền nhiệt – truyền chất CTN thể người TĐC trao đổi chất ĐHBKHN Đại học Bách Khoa Hà Nội TCVN tiêu chuẩn Việt Nam PA polyamid VLD vật liệu dệt PET polyester VKH vi khí hậu QA quần áo ASTM American Society for Testing and Material (Hội thử nghiệm vật liệu ISO Hoa kỳ) International Organization for Standardization (Tổ chức tiêu chuẩn hoa quốc tế) vi Danh mục bảng số liệu luận án Trang Bảng 2.1: Cơng suất vị trí bóng đèn lịng mơ hình thí nghiệm 41 Bảng 2.2: Vị trí cặp nhiệt theo chiều cao thân mơ hình 42 Bảng 2.3: Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí theo khoảng cách từ bề mặt mơ hình 45 Bảng 2.4: So sánh hệ số tỏa nhiệt bề mặt mơ hình với lớp sơn phủ khác 49 Bảng 2.6 Sai số kết thí nghiệm 52 Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật mẫu vải 55 Bảng 3.2: Đặc trng yếu tố khí tợng mùa đơng 59 Bảng 3.3: Các phương án thí nghiệm nghiên cứu trình truyền nhiệt–truyền ẩm qua QA 61 vii Danh mục hình vẽ luận án Trang Hình 1.1: Mơ hình trao đổi nhiệt thể mơi trường Hình1.2: Truyền nhiệt qua lớp vật thể đồng Hình1.3: Truyền nhiệt qua quần áo Hình 1.4: Mơ hình truyền nhiệt – truyền ẩm qua vải Jintu Fan 16 Hình 1.5: Mơ hình kết cấu quần áo lớp Lotens 23 Hình 1.6: Mơ hình điện trở tương đương mơ dịng nhiệt khơ 23 Hình 1.7: Mơ hình điện trở tương đương mơ dịng 23 Hình 1.8: Mơ hình hệ thống người – quần áo – mơi trường Li Holcombe 27 Hình 1.9: Ảnh hưởng chiều dày vật liệu đến nhiệt trở ẩm trở 29 Hình 1.10 : Ảnh hưởng chiều dày đến dịng nhiệt qua kết cấu vải 29 Hình 1.11: Ảnh hưởng độ xốp vải đến dịng nhiệt 31 Hình 1.12: Ảnh hưởng loại kết cấu lớp vải đến dịng nhiệt khơ, lượng nước hấp thụ 32 Hình 1.13: Cách tính chiều dày lớp vkh thể quần áo 33 Hình 1.14: Ảnh hưởng tốc độ đến trở nhiệt trở quần áo 35 Hình 1.15: Ảnh hưởng gió đến nhiệt trở 36 Hình 2.1: Tồn cảnh mơ hình thực nghiệm có mẫu đo 40 Hình 2.2: Sơ đồ mơ hình thực nghiệm xác định hệ số truyền nhiệt 40 Hình 2.3: Mơ tả cách gắn cặp nhiệt thân mơ hình 42 Hình 2.4:Vị trí gắn cặp nhiệt 42 Hình 2.5: Biến thiên nhiệt độ lớp biên bề mặt mơ hình 45 Hình 2.6: Đồ thị xác định thời gian ổn định nhiệt độ bề mặt mơ hình 39,50C 46 Hình 2.7: Đồ thị xác định thời gian ổn định nhiệt độ bề mặt mô hình 300C 47 Hình 2.8: Phân bố nhiệt độ bề mặt mơ hình chế độ nhiệt độ khác Hình 2.9:Sơ đồ ghép nối mơ hình thực nghiệm xác định hệ số truyền nhiệt VLD QA 47 50 Hình 3.1: Kết cấu QA lớp ABC 56 Hình 3.2: Các kiểu đường may chần lớp vật liệu may quần áo 58 Hình 3.3: Mơ tả kiểu đường may chần chun liên kết lớp vải ABC 59 Hình 3.4: Mơ hình nhiệt trở 63 Hình 3.5: Ảnh hưởng lượng dư cử động đến hệ số truyền nhiệt kết cấu vải khác 64 Hình 3.6: Ảnh hưởng bước đường may chần bơng với lót đến hệ số truyền nhiệt 66 kết cấu QA lớp ABC Hình 3.7: Ảnh hưởng bước đường may chần lớp với lớp vỏ đến hệ số truyền nhiệt kết cấu QA lớp ABC 66 viii Hình 3.8: Ảnh hưởng bước đường may chần dọc đến hệ số truyền nhiệt kết cấu QA lớp ABC 67 Hình 3.9: Ảnh hưởng bước đường may chần ngang đến hệ số truyền nhiệt kết cấu QA lớp ABC 67 Hình 3.10: Ảnh hưởng bước đường may chần vuông đến hệ số truyền nhiệt kết cấu QA lớp ABC 68 Hình 3.11: Ảnh hưởng hình dáng khe hẹp khơng khí đến hệ số truyền nhiệt 69 Hình 3.12: Ảnh hưởng nhiệt độ bề mặt tiếp xúc đến hệ số truyền nhiệt kết cấu QA 71 Hình 3.13: Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến hệ số truyền nhiệt kết cấu QA 72 Hình 3.14: Ảnh hưởng độ ẩm mơi trường đến hệ số truyền nhiệt 73 Hình 3.15: Ảnh hưởng thay đổi tốc độ gió mơi trường đến hệ số truyền nhiệt 74 Hình 3.16: Ảnh hưởng số lần giặt tới hệ số truyền nhiệt kết cấu lớp 76 Hình 3.17: Sự thay đổi nhiệt độ hệ số truyền nhiệt theo thời gian thí nghiệm mơ q trình thể đổ mồ liên tục 77 Hình 3.18: Sự thay đổi nhiệt độ hệ số truyền nhiệt theo thời gian thí nghiệm mơ q trình QA ngậm ẩm gián đoạn 79 Hình 3.19: Sự thay đổi nhiệt độ hệ số truyền nhiệt theo thời gian thí nghiệm mơ q trình ngấm ẩm lần 80 Hình 3.20: Sự thay đổi nhiệt độ hệ số truyền nhiệt theo thời gian thí nghiệm mơ q trình mặc QA bị ẩm ướt 81 Hình 4.1: Mơ thể người mặc lớp quần áo 84 Hình 4.2: Mơ q trình truyền nhiệt qua kết cấu QA 85 Hình 4.3: Mơ hình điện trình dẫn nhiệt ổn định qua kết cấu quần áo 87 Hình 4.4: Phân bố mật độ tập trung nước cho ba trường hợp thời điểm ban đầu khảo sát 92 Hình 4.5:Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với điều kiện phân bố mật độ tập trung nước ban đầu đường 92 Hình 4.6: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với điều kiện phân bố mật độ tập trung nước ban đầu đường 93 Hình 4.7: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với điều kiện phân bố mật độ tập trung nước ban đầu đường 93 Hình 4.8: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với độ ẩm da 70% 94 Hình 4.9: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với độ ẩm da 80% 95 ix Hình 4.10: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với độ ẩm da 85% 95 Hình 4.11: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với độ ẩm da 90% 96 Hình 4.12: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với độ ẩm da 100% 96 Hình 4.13: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với mơi trường 65% 97 Hình 4.14: Phân bố mật độ tập trung nước theo chiều dày kết cấu thời điểm với môi trường 85% 97 Hình 4.15: Phân bố nhiệt độ kết cấu quần áo theo độ dày thời gian khảosát với điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi tf = 10 + a sin (b.τ ) 98 Hình 4.16: Mơ hình mạng nhiệt trở trở kết cấu QA bỏ qua hấp thụ lớp QA ngồi Hình 4.17 :Phân bố nhiệt độ kết cấu D-ABC độ ẩm môi trường thay đổi 102 104 Hình 4.18 :Phân bố mật độ tập trung nước kết cấu D-ABC độ ẩm mơi trường thay đổi Hình 4.19: Phân bố nhiệt độ kết cấu D-ABC nhiệt độ môi trường thay đổi 105 106 Hình 4.20 :Phân bố mật độ tập trung nước kết cấu D-ABC nhiệt độ mơi trường thay đổi 106 Hình 4.21: Ảnh hưởng tượng thể đổ mồ hôi đến phân bố nhiệt độ kết cấu D-ABC Hình 4.22 :Phân bố mật độ tập trung nước kết cấu D-ABC có đổ mồ 107 108