Эффективная теплопроводность ряда упорядоченных и хаотических волокнистых материалов Глазкова, Лейла Юрьевна

Введение к работе

Актуальность проблеми. Разработка и исследование композиционных материалов являются одним из важнейших направлений развития довременной техники и технологии. Эффективное их использование невозможно без информации об их свойствах, в том числе и о теплофлзических. С другой стороны, для получения изделий с гарантированными эксплуатационными качествами необходимо прогнозирование свойств создаваемых материалов и их оптимизация еще на стадии проектирования. Использование точных методоз для решения этой проблемы не. всегда возможно в связи со сложностью задания температурных полей на поверхностях раздела различных сред, поэтому возникло большое количество приближенных методов, которые основаны на моделях теплопереноса, представляющего собой компромисс между реальностью и возможностями математической форматизации. Полученные результаты удовлетворительно работают в области, для которой справедливы использованные предпосылка. Однако, ни один из известных приближенных методов но обладает возможностью варьирования формы компонентов исследуемого материала в сироклх пределах, что снижает адекватность моделирования процесса теплопереноса в упорядоченных системах, например, в тканях различных типов переплетения нитей, а в хаотических системах затрудняет отражение микроособенностей структуры исследуемого образца. Из сказанного сло-дуот, что актуальной является задача разработки приближенного метода расчета эффективной теплопроводности, применимого к широкому классу материалов и дающего возможность модульного моделирования нового материала из уже известных.

Целью работы является разработка метода расчета эффективно;! теплопроводности композиционных материалов, адекватно модолирз'Ю-щего структуру разнообразных упорядоченных и хаотических материалов.

Научная новизна. Разработан метод расчета теплопроводности элементарной ячейки на основе принципа обобщенной проводимости ті принципа наименьшего "действия", повышающий адекватность отражения структуры материала л применимый к широкому классу структур композиционных материалов. Разработан набор элементарных ячеек, учитывающий особенности переплетения нитей для расчета эффектлв-

тлческого волокнистого материала, лспользунЕ'.ая элементарные ячей-

ки с вологла:.!;:, разноло-сннымл под различными углами, учлтывахь цая вероятности распределения волокон по углам, возможность возникновения эгКекта порколлцлп и возшшюзепие дефектов, препят-ствуиіглх процессу теплопереноса. Получено расчетное соотношение для определения эффективной теплопрозодностл хаотігісекого матери-ала произвольной структуры на основе методов элементарной ячейки и теорлл перколяцип, учптывахглое особенности микроструктуры хаотического материала, "отод кратковременных измерений в стадии иррегулярного теплового режима использован для измерения теплопроводности аішзотропішх образцов тісаней и углепластиков, измерены гффектхшгые теплопроводности искусственных и шерстяных ват. Практическая ценность. Полученные метод п модели позволяют прогнозировать свойства создаваемых и определять свойства yso существующих композиционных материалов. На основе разработанных математических моделей рсализозан комплекс программ для расчета эффективной теплоігроводностн технических материалов и материалов легкой промышленности с возможностью дальнейшей опт:п.інзацин их параметров. Рассчитаны эффективные теплопроводности тканей полотняного и саржевого пєроплотеїшй при изменении пористости, высоты волны изгиба нитей, расстояния меяду центрами соседних

Ролпупіпя, вт-носігмип up w-zirr.

1. Метод расчета теплопроводности элементарной ячейки на основе принципа налменькіего "действия";

2. Модели элементарных ячеек для расчета эффективной теплопроводности тканой, методика применения полученных ячеек;

3. Модели для расчета эффективной теплопроводности тканей полотняного и сар:::евого переплетений, учитывающие форму, топологию, тепло^изпческне характеристики и контактные сопротивления нитей, а таете влажность для случая несмачнвапдихся волокон;

4. Метод расчета эффективной теплопроводности хаотического волокнистого материала, учитывающий распределение волокон по углам наклона и возможность эффекта перколяции;

5. Метод расчета эффективной теплопроводности хаотического материала произвольной структуры, синтезігруктдігй метод элемента?-

ной ячейки п теории перколяцки;

6. Результаты измерений эффективной теплопроводности шерстяных, полушерстяных тканей и ват методом кратковременных измерений в стадии иррегулярного теплового реяима.

Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 91 наименование. Работа содержит 119 страниц машинописного текста, 67 рисунка, 4 таблицы.