Исследование комплексного влияния тепла, температуры и влаги на изменение свойств текстильных материалов и расчет параметров теплофизических процессов ВТО в виртуальных лабораторных практикумах.
, ,
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
Совершенствование лабораторной базы современного учебного процесса остается актуальной задачей, особенно при изучении дисциплин требующих особо материалоёмкого оборудования. Использование компьютерной техники и современного телекоммуникационного оборудования в лабораторных практикумах по исследованию свойств текстильных материалов позволяет решить следующие задачи:
- минимизировать затраты на расходные материалы;
- снизить стоимость лабораторного оборудования и увеличить его пропускную способность за счет сокращения времени выполнения лабораторных работ и т. д.
Также появляется возможность использования подобных лабораторных практикумов в дистанционной форме обучения. В качестве примера можно рассмотреть моделирование процессов влажной термической обработки.
В процессе влажной термической обработки (ВТО) большое значение имеет комплексное воздействие тепла и влаги, которые усиливают друг друга, придавая эластичность текстильным материалам, необходимую для лучшего их формования. В этой связи наиболее целесообразно для обеспечения процесса теплоотдачи в технологических процессах ВТО использовать технологический пар или горячий воздух.
В работах [1-3] изучение влияния теплофизических показателей на процесс ВТО проводилось без учёта фактора времени, что не позволило их оптимизировать. В связи с этим в работе [4,5] авторами рассмотрен процесс влажно-тепловой обработки во времени с учётом распределения тепла по слоям полуфабриката на каждой стадии. Для изучения данного процесса рассматривается полуфабрикат, содержащий ткань верха, слой клея и ткань клеевой прокладки.
Уравнение, определяющее общую часть рассматриваемых процессов (перевод волокон тканей в высокоэластическое состояние, перевод клея в вязкотекучее состояние, виброформование, прессование – сушка и стабилизация), имеет следующий вид:
(1)
Для рассмотрения каждого процесса в отдельности, в первом случае, к общему уравнению добавляются краевые условия:
(2)
где аа и ав- коэффициенты теплоотдачи с поверхностей материала, Вт/м2 С;
- коэффициент теплоотдачи пара, Вт/м2 °С;
Тs - температура воздуха, °С.
Решение уравнений (1 и 2) производится методом переменных направлений, то есть задаётся шаг по времени 
, производные
заменяются на 
и полученная системa решается относительно неизвестных 
сначала по неявной схеме, затем по явной до тех пор, пока температура ткани не достигнет заданной 
. Начальные условия определяется как 
. Полученное время первого процесса 
определяет длительность перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние.
При втором процессе граничные условия имеют вид:
(3)
Решение уравнений (1, 2 и 3) производится так же, как и в первом случае, но с начальным условием:
- распределение температур ткани и пара, полученное при первом процессе. Вычисление производится до тех пор, пока температура слоя, содержащего клей, не достигнет 180°С. Полученное время второго процесса 
определяет длительность перевода клея в вязкотекучее состояние.
Третий процесс определяется уравнением (1) при 
и граничных условиях 
(4)
и начальных условиях, взятых из второго процесса.
Время действия третьего процесса (виброформования) -
, соответствует времени, когда температура пара Т п достигнет температуры ткани 
Четвёртый процесс (прессование - сушка) требует решения уравнения (1) с начальными условиями из предыдущего процесса и граничными условиями:
(5)
Вычисление производится до тех пор, пока количество воды, содержащейся в ткани, не достигнет критической массы, то есть
Пятый процесс (стабилизация) определяется системой уравнений (1). При этом проходящим газом является воздух: G = G1- удельный расход воздуха; 
- теплоёмкость воздуха.
Краевые условия в этом случае:
(6)
Вычисления производятся до достижения средней температуры ткани 
.
Вышеприведённые аналитические зависимости позволяют определять необходимое количество тепла, распределение температуры по слоям полуфабриката и длительность перевода волокон тканей в высокоэластичное и застеклованное состояния, а клея - в вязкотекучее и твёрдое состояния при проведении ВТО.
Данные зависимости использованы при разработке виртуальных лабораторных практикумов специальности «Технология швейных изделий». Алгоритм расчета основных параметров ВТО приведен на рисунке.
Литература:
1. , Дубровный технологии и автоматизации тепловой обработки швейных изделий.- М.: Легкая индустрия, 197с.
2. , , Павленко -тепловая обработка швейных изделий.- Орел: ОГТУ, 199с.
3. Чонгарская конструкции рабочих органов паропрессов с целью повышения эффективности процесса ВТО. Диссертация на соискание ученой степени кандидата техн. наук.- М.: МГАЛП, 199с.
4. , Привалов исследование теплофизических процессов ВТО//Сборник научных трудов ОрлГТУ, т. 7.- Орел: 1995.- с. 217-222.
5. Бурмистенков теплопередачи рабочих органов оборудования с целью совершенствования процесса тепловой обработки швейных изделий. Диссертация на соискание ученой степени кандидата техн. наук.- К.: КТИЛП, 197с.
