Độ chớnh xỏc của kết quả đo đạc bao giờ cũng là vấn đề trọng tõm của cỏc nghiờn cứu thực nghiệm. Do trong phần lớn cỏc trường hợp nghiờn cứu khụng cú mẫu chuẩn để so sỏnh kiểm chứng độ chớnh xỏc nờn thụng thường người ta thực hiện việc đỏnh giỏ qua cỏc khõu trung gian. Trong phạm vi luận ỏn này, độ tin cậy của mụ hỡnh sẽ được đỏnh giỏ thụng qua việc so sỏnh kết quả thực nghiệm với kết quả tớnh toỏn lý thuyết về hiệu quả tỏa nhiệt của bề mặt mụ hỡnh khi chưa phủ vải. Tỏa nhiệt của bề mặt vỏch hoặc ống đặt đứng ra mụi trường cú thể tớnh được tương đối chớnh xỏc thụng qua hệ số tỏa nhiệt bức xạ và đối lưu.
k = αbx+αdl (2.2) n m m dl C Gr h ( .Pr ) λ α = (2.3)
C, n là cỏc hằng số TN được xỏc định theo giỏ trị của tớch số Grashoff GRm và andtl PRPr m [23]
f w f w bx T T T T − − = ( ) 4 4 0 εσ α (2.4)
Với: ε [−] độ đe bề mặt mụ hỡnh,n σ 0 = 5,67.10-8 W. m-2.K-4 hằng số bức xạ của vật đen tuyệt đối, Tw , Tf [K] nhiệt độ tuyệt đối của bề mặt mụ hỡnh và mụi trường, T = t + 273.
Vỡ bề mặt kim loại đồng cú đặc tớnh khỏc xa với bức xạ vật xỏm nờn đó chọn lớp sơn phủ hợp lý cho bề mặt này. Để hạn chế ảnh hưởng của nhiệt trở lớp sơn phủ bề mặt mụ hỡnh, cỏc lớp sơn được thực hiện bằng phương phỏp sơn phun kỹ thuật cao. Ở đõy đó sử dụng hai màu sơn: màu vàng gần giống da người và màu đen cú độ đen
ε cao nhất. Sau đú tiến hành so sỏnh đối chứng hệ số truyền nhiệt của bề mặt mụ hỡnh cho ba trường hợp: bề mặt khụng sơn, bề mặt sơn vàng và bề mặt sơn đen.
Kết quả đo đạc và tớnh toỏn lý thuyết hệ số truyền nhiệt ở năm chế độ cụng suất khỏc nhau cho cỏc bề mặt mụ hỡnh khụng sơn, sơn vàng và sơn đen được trỡnh bày trong bảng 2.5 .
Bảng 2.5: So sỏnh hệ số tỏa nhiệt của bề mặt mụ hỡnh với cỏc lớp sơn phủ khỏc nhau
Kết quả so sỏnh cho thấy sự trựng hợp khỏ tốt giữa kết quả thực nghiệm và kết quả tớnh toỏn lý thuyết. Sai lệch trong trường hợp lớn nhất (trong giải nhiệt độ sẽ tiến hành nghiờn cứu thực nghiệm) cũng chỉ 10,2%. Đối với cỏc quỏ trỡnh nhiệt, sai lệch này là
hoàn toàn đỏp ứng được yờu cầu nghiờn cứu và tớnh toỏn kỹ thuật. Lưu ý rằng do khụng đo được chớnh xỏc độ đen, cỏc tớnh túan theo cỏc giỏ trị tài liệu tham khảo [90] bao giờ cũng cú sai số, vỡ thế cú thể tin cậy hoàn toàn vào kết quả thực nghiệm.
Độ đen của bề mặt mụ hỡnh chỉ ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt k khi bề mặt khụng phủ mẫu thử hoặc khi giữa bề mặt mụ hỡnh và mẫu thử cú khoảng trống.
Thớ nghiệm
Đặc tớnh bề mặt
Tớnh toỏn thực nghiệm Tớnh toỏn lý thuyết
t wtb [oC] t ftb [oC] ∆Τ ϕ [%] Q [W] ktn [W/m2K] αdl [W/m2K] αbx [W/m2K] klt [W/m2K] 1 Khụng sơn ε=0,15 [83] 29.65 24.66 4.99 75 5.31 3.14 2.79 0.31 3.10 2 31.88 23.24 8.64 75 10.03 3.43 3.35 0.31 3.66 3 35.98 25.59 10.39 75 13.02 3.70 3.56 0.32 3.88 4 38.33 24.83 13.50 75 16.72 3.66 3.88 0.32 4.20 5 39.70 26.01 13.69 75 17.85 3.85 3.89 0.32 4.22 1 Sơn màu đồng ε=0,34 [83] 28.96 25.67 3.29 57 5.22 4.69 2.44 2.70 5.14 2 33.25 25.77 7.48 57 13.80 5.45 3.20 2.76 5.96 3 34.14 24.49 9.64 57 18.33 5.62 3.48 2.76 6.24 4 35.77 25.88 9.89 57 18.61 5.56 3.50 2.80 6.30 5 37.62 23.87 13.76 57 28.22 6.06 3.91 2.80 6.71 1 Sơn màu đen ε=0,64 [83] 29.81 24.59 5.22 64 11.35 6.42 2.84 3.93 6.77 2 31.72 26.91 4.82 67 10.25 6.29 2.76 4.01 6.77 3 35.21 25.52 9.69 67 23.43 7.14 3.49 4.05 7.54 4 36.84 25.82 11.02 68 26.83 7.20 3.63 4.09 7.72 5 39.19 26.56 12.63 67 30.47 7.13 3.79 4.16 7.95
Nhưng trong trường hợp thứ hai ảnh hưởng của độ đen sẽ giảm xuống đỏng kể. Trong phần lớn cỏc chế độ nghiờn cứu sau này sẽ tiến hành xỏc định hệ số truyền nhiệt qua vải và quần ỏo từ bề mặt đốt núng ra mụi trường bờn ngoài, nờn đặc trưng bức xạ của bề mặt mụ hỡnh sẽ khụng ảnh hưởng đến kết quả đo đạc. Tuy nhiờn do bề mặt kim loại đồng khụng tuõn theo quy luật bức xạ của vật xỏm, đặc tớnh bức xạ thay đổi theo nhiệt độ nờn sẽ chọn lớp sơn màu đen để phủ cho bề mặt mụ hỡnh thực nghiệm, vỡ màu sơn này cú độ đen ε cao nhất.
3.3 TRèNH TỰ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.3.1 Chuẩn bị mẫu thớ nghiệm
- Lấy mẫu theo tiờu chuẩn TCVN 1749 86: lấy một cỏch ngẫu nhiờn trong lụ vải, – kớch thước của mẫu theo canh sợi dọc là 700mm, kớch thước theo canh sợi ngang tựy theo phương ỏn thớ nghiệm nhưng tối thiểu là 520 mm để bọc kớn bề mặt mụ hỡnh.
- Gia cụng mẫu theo yờu cầu từng phương ỏn thớ nghiệm (tạo ra kết cấu 1, 2, 3… lớp, cỏc đường may chần...)
- Để mẫu ổn định trong mụi trường theo TCVN 1748-91
- Quấn mẫu phủ kớn bề mặt thiết bị, cố định mẫu ở đầu trờn và dưới mụ hỡnh. 2.3.2 Ghộp nối cỏc thiết bị đo
Thực hiện phộp nối mụ hỡnh thực nghiệm với cỏc thiết bị khỏc theo sơ đồ H2.9.
Hỡnh 2.9:Sơ đồ ghộp nối mụ hỡnh thực nghiệm xỏc định hệ số truyền nhiệt của VLM và QA
Ổn ỏp M ỏy v i t ớn h D A T A L O G E R Biến ỏp V A Mụ hỡnh
2.3.3 Qui trỡnh đo và nhập dữ liệu2.3.3.1 Qui trỡnh đo 2.3.3.1 Qui trỡnh đo
- Quấn mẫu thớ nghiệm xung quanh thõn mụ hỡnh theo cỏc phương ỏn thớ nghiệm. - Cấp nguồn điện 220V vào ổn ỏp.
- Khởi động mỏy tớnh.
- Bật cụng tắc nguồn điện để gia nhiệt cho bề mặt mụ hỡnh.
- Đặt điện ỏp đầu vào bằng cỏch điều chỉnh biến ỏp vụ cấp để nhiệt độ bề mặt mụ hỡnh đạt nhiệt độ theo yờu cầu của phương ỏn thớ nghiệm.
- Khởi động phần mềm điều khiển đo tự động trong mỏy tớnh:
sau: )
Tiến hành chọn cỏc thụng số theo trỡnh tự chọn đo nhiệt độ (probe type K chọn khoảng thời gian đọc tớn hiệu là 1 phỳt (duration – 1min) chọn cỏc cặp nhiệt –
chọn tất cả (select channel – select all) chọn dừng thớ nghiệm bằng tay (stop criteria – manual) cho bắt đầu chạy chế độ đo (start).
2.3.3.2 Nhập dữ liệu
Dữ liệu đo gồm nhiệt độ của cỏc cặp nhiệt và thời gian đo. Cứ sau 1phỳt, màn hỡnh mỏy tớnh hiển thị 1bộ dữ liệu đo và vẽ được 1 điểm trờn mỗi đồ thị biểu diễn nhiệt độ của cỏc cặp nhiệt. Sau khoảng thời gian 60 – 90 phỳt mụ hỡnh đạt đến trạng thỏi ổn định khi nhiệt độ cỏc cặp nhiệt khụng thay đổi hoặc thay đổi khụng đỏng kể, mức độ dao động nhiệt độ cho phộp của cỏc cặp nhiệt là 0,1oC. Tiếp tục đo thờm 10 phỳt rồi kết thỳc quỏ trỡnh đo. Cỏc dữ liệu dạng số và đồ thị được nhập vào mỏy tớnh theo cỏc bước:
Kết thỳc quỏ trỡnh đo (Stop) xuất dữ liệu dạng ảnh (Export to Bmp) lưu dữ liệu (Save data).
2.3.4 Xử lý kết quả thớ nghiệm
Số liệu sử dụng được là số liệu đo trong 10 phỳt khi mụ hỡnh đó đạt trạng thỏi ổn định. Khi đú ta thu được 10 số liệu đo cuối cựng của 16 cặp nhiệt. Quỏ trỡnh toỏn kết quả được thực hiện như sau:
140 1 1 = = = i j w t (2.5)
Trong đú: tij - nhiệt độ của cỏc cặp nhiệt trong 10 phỳt cuối - i số thứ tự của phỳt, i = 1,2,3,..,10
- j số thứ tự của cặp nhiệt, j = 1, 2, 3,...,14
Nhiệt độ trung bỡnh của mụi trường tf được tớnh theo nhiệt độ của cặp nhiệt số 15, 16:
20 10 1 10 1 16 15 ∑ ∑ = = + = i i i i f t t t (2.6)
Hệ số truyền nhiệt k được xỏc định theo cụng thức: (tw tf) F Q k − = (2.7) Trong đú: -
Q cụng suất nhiệt, Q = P = UI, W
P- cụng suất điện, W -
U hiệu điện thế đầu vào thiết bị khi đó ổn định, V (đọc trờn vụn kế)
-
I dũng điện chạy qua thiết bị khi đó ổn định, A (đọc trờn ampe kế) -
F diện tớch bề mặt mụ hỡnh , F =h.С= 700 x 480.10-6 = 0,336 m2
3.3.5 Đỏnh giỏ sai số của kết quả thớ nghiệm
Đỏnh giỏ độ chớnh xỏc của phương phỏp và thiết bị đo là vấn đề rất phức tạp. Thường đỏnh giỏ độ chớnh xỏc bằng cỏch so sỏnh kết quả cú được khi tiến hành thớ nghiệm trờn cỏc mẫu chuẩn với số liệu biết trước về nú một cỏch chớnh xỏc, mà việc này khụng thể thực hiện được ở điều kiện nước ta hiện nay. Vỡ vậy, luận ỏn đó tiến hành chọn loại vật liệu dệt điển hỡnh để xỏc định hệ số truyền nhiệt k và đỏnh giỏ 3 sai số kết quả thớ nghiệm cho cỏc mẫu này qua 3 lần đo Kết quả thớ nghiệm được . trỡnh bày trờn bảng 2.7.
Bảng 2.7: Sai số của kết quả thớ nghiệm
Vật liệu k(W.m-2.K-1) s (W.m-2.K-1) cv (%) Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB Vải A 7,05 7,33 7,26 7,21 0,11 1,51 Vải C 7,23 7,70 7,57 7,50 0,18 2,40 Vải ABC 3,22 3,20 2,92 3,11 0,13 4,14
Trong đú: ∑ = = 3 1 3 1 i i i k k ; 3 2 1 ) ( 3 1 i i i k k s= ∑ − = ; .100 k s cv =
ki – giỏ trị hệ số truyền nhiệt tớnh được sau mỗi lần đo, W.m-2.K-1
i – số lần đo, i =1,n
s - độ lệch chuẩn của hệ số truyền nhiệt, W.m-2.K-1
cv – hệ số biến động của hệ số truyền nhiệt, %
Kết quả đo cỏc lần ở mỗi một phương ỏn thớ nghiệm cho thấy độ hội tụ của chỳng rất lớn, tức là độ lệch tiờu chuẩn rất bộ, sai số khụng quỏ 4,14%. Theo [2] kết quả này cho thấy mụ hỡnh thực nghiệm xỏc định hệ số truyền nhiệt của vật liệu dệt và kết cấu quần ỏo là hoàn toàn tin cậy.
2.4 ỨNG DỤNG CỦA Mễ HèNH THỰC NGHIỆM
* Cỏc kết quả kiểm tra, đỏnh giỏ mụ hỡnh thực nghiệm cho thấy mụ hỡnh hoàn toàn đảm bảo độ chớnh xỏc và tin cậy khi sử dụng để phục vụ nghiờn cứu hệ số truyền nhiệt của vật liệu dệt và quần ỏo.
* Mụ hỡnh thực nghiệm cú khả năng ứng dụng trong ngành cụng nghiệp Dệt – May và Thời trang với cỏc mục đớch:
- Xỏc định hệ số truyền nhiệt cho cỏc loại vật liệu dệt. Cú thể sử dụng mụ hỡnh để gúp phần xõy dựng sổ tay tra cứu hệ số truyền nhiệt cho từng loại vật liệu dệt.
- Xỏc định hệ số truyền nhiệt cho cỏc kết cấu quần ỏo khỏc nhau (loại quần ỏo mỏng, quần ỏo dày…)
- Nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc yếu tố thiết kế, cụng nghệ và điều kiện mụi trường đến hệ số truyền nhiệt của vật liệu dệt hay quần ỏo.
Chương 3
NGHIấN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ TỚI ĐẶC TRƯNG TRUYỀN NHIỆT – TRUYỀN ẨM CỦA QUẦN ÁO
Quỏ trỡnh truyền nhiệt truyền ẩm qua quần ỏo ấm chịu tỏc động của những yếu tố – nào, ở mức độ ra sao và đặc biệt trong mụi trường lạnh ẩm của khớ hậu Việt Nam thỡ quỏ trỡnh truyền nhiệt truyền ẩm qua quần ỏo ấm thay đổi như thế nào. Để làm rừ – cỏc vấn đề trờn, luận ỏn đó tiến hành nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc yếu tố thiết kế quần ỏo, yếu tố khớ hậu, yếu tố sử dụng tới quỏ trỡnh truyền nhiệt truyền ẩm qua – quần ỏo ấm trong điều kiện khớ hậu của Việt Nam.
Kết quả nghiờn cứu thu được sẽ là cơ sở cho lựa chọn vật liệu thiết kế, chế tạo ra
quần ỏo ấm và khuyến cỏo cho nhà sản xuất tiết kiệm được nguyờn vật liệu may, người sử dụng khai thỏc hiệu quả quần ỏo ấm.
3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIấN CỨU 3.1.1 Vật liệu thớ nghiệm
* Vải thớ nghiệm
Vải may quần ỏo ấm phải cú tớnh dẫn nhiệt thấp để giữ cho vựng vi khớ hậu giữa da và quần ỏo được tiện nghi.
Vật liệu may giữ nhiệt cao nhất là lụng thỳ, nhưng loại vật liệu này khỏ nặng và lại cú giỏ thành quỏ cao. Vỡ vậy, để giảm khối lượng quần ỏo khi thiết kế quần ỏo ấm, người ta thường sử dụng kết hợp cỏc lớp vật liệu nhằm khai thỏc ưu việt của từng loại vật liệu. Khi đú quần ỏo ấm được chia thành cỏc lớp: lớp vải vỏ bao phủ bờn ngoài, lớp giữ nhiệt, lớp lút,v.v…
Theo kinh nghiệm của cỏc nhà sản xuất quần ỏo trờn thế giới, người tiờu dựng thớch những loại quần ỏo ấm khối lượng nhẹ từ những vật liệu vừa phải khụng quỏ đắt tiền nhưng lại cú được tớnh chất giữ nhiệt khụng kộm gỡ quần ỏo bằng lụng thỳ.
Vỡ vậy, luận ỏn đó lựa chọn 4 mẫu vật liệu dệt sản xuất trong nước (sản phẩm của cụng ty liờn doanh Hualon, Viko – Glowin và Dệt kim Hà nội), được sử dụng phổ biến để sản xuất quần ỏo ấm trong nước như sau:
Mẫu 1 : Vải dựng làm lớp vỏ ngoài của quần ỏo ấm (kớ hiệu A), cú độ bền cơ lý cao, cú tỏc dụng cản giú, khối lượng nhẹ, mặt vải đẹp và hợp thời trang.
Mẫu 2 : Vải dựng làm lớp đệm ở giữa cỏch nhiệt (kớ hiệu B), nhằm tăng cường tớnh chất giữ nhiệt cho quần ỏo ấm. Chiều dày của lớp này cú ý nghĩa giữ nhiệt, thậm chớ loại vật liệu này cần thiết phải trỏng phủ 1 lớp keo mỏng trờn bề mặt để tăng khả năng cản giú và hạn chế hiện tượng sợi bụng đõm qua vải lút hay vải ngoài làm mất mỹ quan của quần ỏo ấm.
Mẫu 3 : Vải dựng làm lớp lút cho quần ỏo ấm cú nhiệm vụ tăng cường giữ nhiệt (kớ hiệu C) và bảo vệ cho lớp bụng đệm cỏch nhiệt khụng bị thủng, rỏch. Lớp này yờu cầu
phải nhẵn phẳng, cú hệ số ma sỏt thấp để thao tỏc mặc vào, cởi ra được dễ dàng, khụng cản trở quỏ trỡnh hoạt động của cơ thể người mà vẫn đảm bảo độ bền cơ lý, độ ổn định cao.
Mẫu 4: Vải dựng làm quần ỏo mặc lút, 100% cotton, mặc sỏt cơ thể (kớ hiệu D). Ở đõy luận ỏn đó sử dụng loại vải này tạo ra cơ chế đổ mồ hụi của cơ thể.
Cỏc thụng số kỹ thuật của cỏc mẫu vải được thể hiện trong bảng 3.1
Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật của mẫu vải
Mẫu Tên mẫu hiệu Kí Thành phần Kiểu dệt Chi số sợi Độ dày (mm) l ợng Khối (g/m2)
Mật độ sợi Dọc Ngang Dọc Ngang 1 tráng phủ Vải PET A PET 100 % Vân điểm 75D 65D 0,9 93,8 512 290 2 X ơ PET ộp B PE 100%T (liên kết hóa lýKhông dệt ) - - 13,22 100 - - 3 Lụa lót C Nylon 100% Vân điểm 75D 68D 0,88 86,5 460 320 4 Vải dệt kim D 100% cotton Dệt kim đan trơn - - 0,95 172 - - * Chỉ thớ nghiệm
Chỉ may được chọn phải tương thớch với thụng số kỹ thuật của vải về độ bền, độ co,
chi số và cỏc chỉ tiờu bề mặt khỏc...Do vậy, luận ỏn lựa chọn loại chỉ nghiờn cứu 100% PET filament, cú hướng xoắn Z, chi số 60/3 (sản phẩm của cụng ty Coats Total Phong Phỳ).
3.1.2 Kết cấu quần ỏoỞ Việt Nam: Ở Việt Nam:
- Thời tiết mựa đụng đa phần là lạnh và ẩm, đụi khi cú mưa phựn giú bấc. - Phương tiện đi lại chủ yếu bằng mụ tụ và xe gắn mỏy.
- Người dõn cú tập quỏn mặc ỏo ấm nhiều lớp phủ bờn ngoài tất cả cỏc lớp quần ỏo
bờn trong. Người mặc thường giữ nguyờn tổ hợp kết cấu quần ỏo này khi đi ngoài đường cũng như vào trong phũng làm việc. Vỡ vậy, việc mặc quần ỏo ấm khoỏc ngoài là rất quan trọng đảm bảo cản giú, giữ nhiệt. Tựy theo thời tiết và khả năng chịu rột