CC BY
11АНАЛИЗ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕТКАНЫХ ПОЛОТЕН
Трещалин Юрий Михайлович
кандидат технических наук Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова г. Москва
ANALYSIS OF THERMAL INSULATION PROPERTIES OF NONWOVEN FABRICS Treschalin Yuri, candidate of technical sciences Moscow state University, Moscow АННОТАЦИЯ
В статье производится анализ процесса теплопроводности нетканых материалов. На основании экспериментальных данных получены математические зависимости эффективного коэффициента теплопроводности от пористости и плотности нетканых полотен. ABSTRACT
In this paper we analyze the process of thermal conductivity of nonwovens. Based on the experimental data obtained mathematical dependence of the effective conductivity on the porosity and density of nonwoven materials. Ключевые слова: нетканый материал, теплопроводность, пористость, плотность, структура. Keywords: non-woven fabric, thermal conductivity, porosity, density, structure.
Актуальность прогнозирования теплоизоляционных свойств нетканых полотен на стадии их изготовления обусловлена широким использованием таких материалов в качестве утеплителей. Принимая во внимание специфические особенности структуры исследуемых полотен, а также физическую природу процесса теплопроводности, качестве определяющего параметра при оценке интенсивности распространения тепла, целесообразно использовать эффективный коэффициент теплопроводности.
В соответствии с определением, предложенным в [1], эффективный коэффициент теплопроводности Лэф является комплексной характеристикой сплошных сред, имеющих капиллярно-пористое или пористое строение, учитывающей молекулярный теплоперенос в структурных элементах, молекулярный и конвективный теплообмен между частицами среды, находящейся в порах и долю тепловой энергии, передаваемой излучением.
Как известно, одним из лучших теплоизоляторов является воздух. Следовательно, чем выше пористость нетканого полотна, тем меньше значение Аэф Следует отметить, что данное утверждение справедливо для различных дисперсных материалов [2-4].
Применительно к рассматриваемому процессу зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от пористости можно представить в виде:
\ф ®=IVKN+Z
(1)
водности, Вт / (мК);
^ - пористость нетканого полотна;
М, Z - постоянные коэффициенты; N - показатель нелинейности функции. Предельные значения \ф(^) определяются из усло-
вий:
\ф(Э = АВ при ^ = 0; =
, при ^= 1,
где: АВ - коэффициент теплопроводности полимера, из которого изготовлено волокно (мононить), Вт / (мК);
Авоз = 0,02442 - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт / (мК);
С учетом принятых граничных условий, постоянные коэффициенты в уравнении (1) будут равны: Z+М=Авоз при ^ = 1; Z=АВ при ^ = 0.
Тогда:
\ф ©=(Авоз-АвНм+Ав или ^=(\Эф КНв)/(Авоз-Ав ).
Отсюда:
(
ln
N = -
эф
(5 ь
ln (5 )
где: \ф(^) - эффективного коэффициента теплопро-
Вычисление значений показателя нелинейности N проводится на основании опытных данных по определению эффективного коэффициента теплопроводности иглопробивных нетканых полотен, изготовленных на предприятиях: ООО «Пинема», «Сибур-Геотекстиль», «Веротекс», «ТЕРМОПОЛ», «ШелтерЭкоСтрой» изложенных в [1, 5-7];
Необходимые для проведения расчетов характеристики волокнистого состава приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики волокнистого состава
Вид химических волокон Плотность рВ,кг/м3 Коэффициент теплопроводности АВ, Вт/(м-К )
Силикон 956 0,133 * 0,135
Полиэфирные 1380 0,147 * 0,151
Полипропиленовые 910 0,167
Значения исходных экспериментальных данных и тен, изготовленных из полиэфирных и полипропиле-результаты расчета показателя N для нетканых поло- новых волокон (мононитей) представлены в табл. 2 и 3.
Таблица 2
Исходные экспериментальные данные и результаты расчета показателя N для нетканых полотен, изготовленных из полиэфирных волокон (мононитей)
Наименование материала (волокнистый состав ПЭ - 100%) Поверхностная плотность, г/м2 Толщина, мм. Объемная плотность, кг/ м3 Эффективный коэффициент теплопроводности, Вт/ (мК) Пористость N
Утеплитель производства ООО «Термореал» 142 9,3 15,27 0,0261 0,993 5,53755
Утеплитель производства ООО «Термореал» 184 11,4 16,14 0,0273 0,989 5,96900
ШЭС-Спорт, 150 176 7,3 24,11 0,02825 0,989 5,77166
ШЭС-Спорт, 200 218 8,8 24,77 0,0281 0,988 5,65848
ШЭС-акустик 1000 23 43,48 0,03700 0,968 3,27302
ШЭС-фасад 1500 44,8 33,48 0,03700 0,976 4,38194
Холлофайбер Строй 2500 2823 100,5 28,10 0,0371 0,955 2,33907
Холлофайбер Строй 3000 3498 100,3 34,88 0,0365 0,944 1,76985
Холлофайбер Строй 3500 3732 100,3 37,20 0,0365 0,94 1,64839
Полотно термоскрепленное объемное, (аэро) 160 6,7 23,88 0,0360 0,982 5,38132
Полотно нетканое тер-москреп-ленное объемное 100 5,5 18,18 0,0332 0,986 5,21425
Полотно термоскреп-ленное объемное силиконизи-рованное 150 7,4 20,27 0,0348 0,984 5,42844
Полотно термоскрепленное объемное силиконизи-рованное 200 7,5 26,67 0,0363 0,981 5,21515
Полотно термоскрепленное объемное силиконизи-рованное 300 12,5 24,01 0,0360 0,982 5,38083
Полотно термоскрепленное объемное силиконизи-рованное 350 12,9 27,13 0,0368 0,98 5,19089
Аэрофайбер Super White 100 100 6,4 15,63 0,0322 0,988 5,36982
Аэрофайбер Super White 200 200 8,8 22,73 0,0345 0,984 5,23644
Полотно термоскрепленное объемное (ХоллоТек) 300 13,2 22,71 0,0339 0,985 5,21953
Полотно термоскрепленное объемное (ХоллоТек) 500 19,1 26,18 0,0359 0,982 5,30778
Таблица 3
Исходные экспериментальные данные и результаты расчета показателя N для нетканых полотен, изготовленных из полипропиленовых волокон (мононитей)
Наименование материала (волокнистый состав ПП - 100%) Поверхностная плотность, г/м2 Толщина, мм. Объемная плотность, кг/м3 Эффективный коэффициент теплопроводности, Вт/ (мК) Пористость N
Полотно иглопробивное, волокно штапельное 295 2,42 121,9 0,1321 0,866 9,68598
Полотно иглопробивное, волокно штапельное 458 5,44 84,2 0,1117 0,907 9,72498
«Геотекс» М 400, «Сибур-геотек-стиль 372,9 3,33 112 0,1277 0,877 9,62451
«Геотекс», «Сибур-геотекстиль» 400,2 3,16 126,6 0,1328 0,861 9,61174
«Геотекс» М 500, «Сибур-геотек-стиль», спанбонд 508 5,92 85,81 0,1138 0,906 9,73654
«Геотекс» М 600, «Сибур-геотек-стиль», спанбонд 610 7,85 77,71 0,1057 0,915 9,66518
Анализ результатов расчета указывает на наличие явно выраженных зависимостей Аэф (5), N(5) и А.эф (р). С целью определения математических выражений А.эф (5), N(5) и А.эф (р), проведена аппроксимация данных табл. 2 и 3 при помощи программного комплекса Mathcad 15. В качестве граничных условий приняты следующие значения \ф (5), N(5) и \ф (р):
- для полиэфирных волокон:
Аф (9=0,149 и N©=0,62824 при 5 = 0;
эф
\ф (5)=0,02442 и N©=8,02725 при 5 = 1.
- для полипропиленовых волокон:
\ф (5)=0,169 и N©=0,830812 при 5 = 0; \ф (5)=0,02442 и N(5)=10,013817 при 5 = 1.
- независимо от вида волокон: А.эф (р)=0 при р = 0 Результаты расчетов приведены в табл. 4.
Таблица 4.
Результаты расчетов по определению зависимости эффективного коэффициента теплопроводности Лэф (5) и показателя N(5) от пористости нетканых полотен
Математическая зависимость График зависимости Значение коэффициента корреляции К^2 Величина относительной погрешности, %
шт шах
Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от пористости нетканого полотна (ПЭ -100%)
= -0,120295 • - 2,66946 • 10"3 • + 0,149 Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от пористости нетканого полотна 0,9775 - 4,144 5,332
2 .0149. В 1 | 1 В Ё 1 § 1 1 ,1.43x10"*
0.167 0333 0.5 0.667 0.833 1 0. х Пористость
Зависимость показателя N от пористости нетканого полотна (ПЭ -100%)
N(9 = 7.268794 • ^28-5 + 0,601726 Зависимость показателя N от пористости нетканого полотна 0,9949 - 4,557 5,112
1 8 1 4 2
/
у
0.16 033 0.5 Порист 0.6 67 о. а 33 1
Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от объемной плотности нетканого полотна (ПЭ -100%)
Зависимость [>фекгибного коэффициента теш попроводности типовое™ нет, одного полотна
^эф(р) = 0,014033 • р0'35 - 8,287732 2 ДОЗ 5 _ „ - £ П
1 § □ 5,576
1 0,989
• 10-4 • р0'75 1 °° л А
0 8 А 333 16 667 Плотное! ¿5 33 гь.кгАГЗ .333 41 667 50 .45.
Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от пористости нетканого полотна (ПП -100%)
Зависимость >ф«КВтНОТО КО ффзщиента гепг опроводнолн пористости не -какого полоша
2 ,0.167,
| 1
= -0,139048 • - 3,600934 •10-3 + 0,167 1 0,999 71 со
л .0.024. о
0 0. 67 0 333 0 5 0 Пористость 667 833 1 Д.
Зависимость показателя N от пористости нетканого полотна (ПП - 100%)
Зависимость п казателя N от пористости непь «ого полоша
N(9 = 11,159271 • Я
1 Е 1 0,999 о, 5 т 00
+ 0,420431 1 о
0 0.167 0.333 0 0.667 0.333
Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от объемной плотности нетканого полотна (ПП -100%)
Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности плотное™ нетк аного полотна
^эф(р) = -0,010495 • р1,05 ^ Д14В. В 1
| 1 £ I 0,998 ,471 6 7
+ 0,014425 • р | 1 А 1
0 33 333 66 667 1 Плотноет № 133 ь, гт.'уГЗ 333 166 667 20 .190.019.
Анализ проведенных расчетов позволяет утверждать, что эффективный коэффициент теплопроводности зависит от вида волокон, пористости и объемной плотности нетканых полотен. Причем, для материалов, изготовленных из полиэфирного сырья, вычисление \ф производится по формулам: А.эф (5) =-0,120295 52,5-2э,66946 10-3 •5°5+0,149 и
\ф (р) = 0,014033 р°35-8,287732Ю-4 р°'75, а при использовании полипропиленовых волокон - Аэф (5) =-0,139048 51°- 3,6009341°-353+0,167 и \ф (р) =-0,010495 р1°5+ 0,014425 р.
Интересно, также отметить наличие функциональ-
ной взаимосвязи показателя степени N в уравнении А.эф (5)=М•5ЛN+Z и пористости, которая для нетканых полотен, выработанных из полиэфирных волокон, имеет вид: N(5) =7,268794 5285+0,601726 и полипропиленовых волокон - N(5) =11,159271 52+0,420431. Как видно на графиках (табл. 4) кривая N(5) при значениях 5 ^ 0,8 становится более пологой и при малой пористости N^const.
Относительная погрешность применения приведенных уравнений для вычисления Аэф (5), N(5) и Аэф (р) не превышает 5,5%.
Список литературы
1. Трещалина А. В. Совершенствование методов расчета и оценки свойств нетканых текстильных материалов теплоизоляционного назначения. Дисс. ... канд. техн. наук : 05.19.01 / Костром.гос. технол. ун-т].-Кострома, 2009.- 197 с.
2. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов.- М.: Изд. физ.-мат. литературы, 1962. - 456 с.
3. Бузов Б.А., Никитин А.В. Исследования материалов спецодежды в условиях пониженных температур.-М.: Легпромбытиздат, 1985.- 221 с.
4. Колесников П.А. Теплозащитные свойства одеж-
ды.- М.: Легкая индустрия, 1965.- 346 с.
5. Трещалин М.Ю., Киселев М.В., Мухамеджанов Г.К., Трещалина А.В. Проектирование, производство и методы оценки качества нетканых материалов (монография). - Кострома: Изд-во Костром.гос. технол. ун-та, 2013. - 273 с.
6. Электронный ресурс. - Режим доступа: http:// www.wesmir.com/specifications.
7. Электронный ресурс. - Режим доступа: http:// stroymat2000.ru/kategorii-tovarov/utepliteli-rulony-209/ uteplitel-shes-akustik-1200h600h 50mm-shelter-ekostroi-2828.html
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА АЛГОРИТМОВ ШИФРОВАНИЯ ДАННЫХ
Яковлев Сергей Леонидович
магистрант
Волгоградский государственный аграрный университет,
г. Волгоград
INTELLIGENT TEACHING SYSTEM OF DATA ENCRYPTION ALGORITHMS
Jakovlev Sergey Leonidovich, Graduate student of Volgograd State Agrarian University, Volgograd
АННОТАЦИЯ
Основное предназначение сервиса - реализация задачи автоматизации части функций преподавателя, облегчающей образовательный процесс, в рамках системного подхода к обучению. В основу идеи разработки интеллектуальной обучающей системы алгоритмов шифрования заложена мысль о наглядном отражении процессов преобразования исходного текста при шифровании/дешифровании, предоставлении обучающимся возможности просмотра значений промежуточных точек в пределах первого раунда преобразования и проведении статистических исследований по углубленному изучению «лавинного эффекта».
ABSTRACT
The main purpose of the service is implementation of automation tasks of the teacher's functions to facilitate the educational process, in the framework of a systematic approach to training. The basis of the idea of designing an intelligent teaching system of encryption algorithms is incorporated to case history of the transformation processes of the source code for encryption/decryption, to provide students the ability to view the values of intermediate points within the first round of transformation, to conducte statistical research in-depth study of the "avalanche effect".
Ключевые слова: интеллектуальная обучающая система; алгоритм симметричного шифрования; шифрование/дешифрование данных.
Keywords: intelligent teaching system; symmetric encryption algorithm; data encryption/decryption.
В статье рассматривается тип среды, ориентированный на представление знаний в области криптографии, в основе которого заложена идея разработки интеллектуальной обучающей системы алгоритмов шифрования. Понимание такой среды связано с аппаратно-программной моделью изучаемой области знания [1], в которую встраивается методика обучения. Большая часть интеллектуальных и адаптивных обучающих сред создается и направляется на реализацию гибкого индивидуализированного процесса обучения, в основу которого заложены модели познавательной деятельности обучающегося [2, 3].
Широко распространенным вариантом являются компьютерные обучающие программы [4, 5], объектами которых могут быть:
— текст с возможностью мгновенного доступа к любой части учебного материала (за счет четкой структуры как преимущества в сравнении с обычным);
— графическая иллюстрация, анимация;
— аудиофрагмент, видеофрагмент;
— подпрограмма:
— тесты для промежуточного/итогового контроля знаний;
— пакеты прикладных программ для автоматизации расчетов.
Безусловно, важнейшей частью таких систем является блок вопросов и/или упражнений для осмысления и закрепления теоретического материала, развития практических умений и навыков.
Так или иначе, используя технологию интеллектуальной обучающей системы, сначала следует построить последовательность курса обучения, а затем обеспечить поддержку в решении задач [6]. Цель -обеспечение обучающегося подходящей, индивидуально спланированной последовательностью блоков знаний для заучивания и учебных заданий (примеры, вопросы, задачи) для занятий, дабы помочь ему найти «оптимальный» путь через учебный материал [7].
Интеллектуальная обучающая система алгоритмов шифрования данных позволит наглядно отразить
