Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Товароведение arrow Термовлажностные процессы в материалах и изделиях легкой промышленности

Методика и техника экспериментального исследования

Методика проведения опытов

Экспериментальное исследование проводилось на лабораторной установке (см. рис. 3.1). Внутри тер- могигростатированной камеры 1 с рециркулирующим потоком влажного воздуха размещались стаканы 6 с исследуемыми образцами 7.

Методика исследования основана на теоретических положениях, изложенных в подразд. 2.8. Тем не менее, есть смысл показать ее практическое использование на конкретном примере, так как при исследовании различных материалов появляется определенная специфика.

Рассмотрим схему влагопередачи с целью определения величины паропроницаемости, так как до сих пор ее использует в качестве гигрохарактеристики переноса паров влаги в материале. По этой характеристике при решении различных задач текстильного материаловедения, при сертификации текстильных изделий оценивают гигрофизические свойства натуральных и искусственных кож, тканей, синтетических пленок, различных пористых материалов и производят сопоставление их гигиенических свойств.

Величина паропроницаемости, являясь по физическому смыслу массовым расходом, выражается зависимостью

где AM — перенесенное количество паров влаги в установившемся режиме, замеренное по убыли массы влаги в стаканчике, кг; F — площадь геометрической поверхности образца материала, м2; Ат — продолжительность переноса паров влаги, ч.

Из принятой схемы паропроницаемости следует, что движение паров влаги осуществляется по этапам (рис. 4.1), на которых массо- перенос имеет различную природу и описывается различными законами переноса. На первом этапе перенос паров влаги AM из воздушной среды стакана к внутренней поверхности образца площадью Fb за промежуток времени Ат осуществляется конвективной диффузией (массоотдачей) и описывается законом Дальтона:

где |3| — коэффициент массоотдачи на первом этапе переноса; Рх = = const — парциальное давление паров влаги на границе внутренней поверхности образца; Р, - Р[ — движущая сила процесса конвективной диффузии на первом этапе.

За этот же промежуток времени на втором этапе паропроницаемости влага AM диффундирует через слой образца толщиной 5, площадью поверхности F, процесс массопроводности которой описывается законом:

Схема влагопередачи при определении паропроницаемости ткани

Рис. 4.1. Схема влагопередачи при определении паропроницаемости ткани:

/ — пористо-ворсистый слой на поверхности материала, граничащий с воздухом в стакане; 2 — образец исследуемого материала; 3 — пограничный слой со стороны камеры

где Хт — коэффициент массопроводности материала образца; Р’2 — парциальное давление паров влаги на границе наружной поверхности образца; (Р - Р'2) — движущая сила процесса массопроводности.

На последнем этапе за рассматриваемый промежуток времени пары влаги с наружной поверхности образца площадью F2 отводятся в воздушную среду камеры (эксикатора) в количестве AM конвективной диффузией:

где (32и 2 - Р2) — соответственно коэффициент массоотдачи и движущая сила на третьем этапе переноса.

Учитывая возможное различие в площадях поверхностей переноса, введем следующие обозначения: п = Fx/F /= F2/F — это величины отношений площадей внутренней и наружной поверхностей к геометрической. Следует отметить, что существенное различие в значениях площадей внутренней и наружной поверхностей связано со спецификой структуры, видом обработки и отделки материала изделия. В частности, это относится к кожам, у которых одна поверхность может быть бах- тармяной, а другая — гладкой. Для шелковых тканей это менее характерно.

Используя принятые обозначения, перепишем зависимости (4.2), (4.3) и (4.4) в следующем виде:

Суммирование правых и левых частей системы уравнений (4.5) приводит к уравнению массопередачи

где лр,; /(32 — коэффициенты массоотдачи, приведенные к единице площади геометрической поверхности образца материала; lAwpj); Ъ/Хт 1/(/{32) соответственно гигросопротивления массоотдачи на первом этапе переноса, массопроводности на втором этапе и массоотдачи на третьем этапе переноса.

Суммарное значение гигросопротивлений переноса по этапам является гигросопротивлением массопередачи:

Решая уравнение (4.7) относительно Кт, определим коэффициент массопередачи:

Тогда уравнение (4.6) примет вид

где т — удельный поток массы или скорость процесса массопередачи; АМ — количество паров влаги, продиффундировавшее из одной воздушной среды в другую через разделяющий их образец; (Pi - Р2) — движущая сила процесса массопередачи.

Из уравнения (4.9) следует: коэффициент массопередачи численно равен количеству перенесенных паров влаги из одной воздушной среды в другую через единицу площади поверхности образца за единицу времени при движущей силе, равной единице.

Сопоставление зависимостей (4.1) и (4.9) показывает, что паро- проницаемость является не чем иным, как удельным потоком массы — скоростью процесса массопередачи:

Таким образом, паропроницаемость определяется не только свойствами и геометрией материала, но и параметрами процесса. Влияние параметров процесса на величину паропроницаемости возрастает с уменьшением толщины материала и увеличением коэффициента массопроводности Хт и в ряде случаев является доминирующим.

Очевидно, что гигрофизической характеристикой материала при диффузии влаги является коэффициент массопроводности Хт, который показывает, какое количество паров влаги диффундирует через единицу площади поверхности материала в единицу времени при единичной движущей силе на пути потока паров влаги в одну единицу.

Гигрохарактеристикой материалов с различной толщиной является гигропроводимость Хт или гигросопротивление слоя Ъ/Хт. Эти параметры позволяют оценить и сопоставить гигросвойства разных по природным характеристикам материалов, различающихся толщиной.

В реальных условиях паропроницаемость материалов, как скорость влагопередачи, будет иметь значения, существенно отличающиеся от тех, которые получены по методике ВЕМ (см. подразд. 3.8). Один и тот же материал в зависимости от климатических условий, определяемых параметрами окружающего воздуха, будет обеспечивать различный комфорт. В условиях эксплуатации параметры окружающего воздуха не поддаются управлению, в то время как гигросопротивление кож д/Хт можно регулировать. Это можно сделать не только за счет изменения толщины материала, но и за счет изменения коэффициента влагопроводности материала. Различные технологические обработки дают возможность изменять паропроницаемость материала в определенном диапазоне за счет преобразования структуры материала, т. е. за счет изменения коэффициента влагопроводности.

Известно, что в процессе эксплуатации не вся влага, выделяемая кожей человека, переносится через слой материала в окружающий воздух влагопередачей — паропроницаемостью. Значительная часть ее сорбируется массой материала. _

Сорбирование влаги материалом в количестве AM ведет к приращению его влагосодержания на величину А и:

где Мс м — масса абсолютно сухого материала.

Величина А и пропорциональна приращению гигропотенциала материала. Это приращение выражается через начальное и конечное равновесные парциальные давления паров влаги окружающего воздуха Рн и Рк:

где коэффициент пропорциональности ст удельная массовая вла- гоемкость материала, зависящая от его природных свойств.

Таким образом, количество влаги, сорбированное материалом,

зависит от ее толщины, определяющей величину массы, природных свойств материала и равновесных параметров окружающего воздуха (АРр = Рк - Рн).

Очевидно, что гигрохарактеристикой материала, определяющей его сорбционные, а следовательно и гигиенические свойства, является физическая величина — удельная влагоемкость ст, кг/(кг • мм рт. ст.). Она показывает, какое количество влаги сорбируется (десорбируется) единицей массы материала при изменении гигропотенциала на одну единицу:

Из вышеизложенного следует, что в качестве сорбционной гигиенической характеристики материалов с различными толщинами 5 и плотностями р может быть принят параметр — сорбционная емкость материала:

Благодаря ему можно оценить и сопоставить гигиенические характеристики материалов различных природных свойств и толщин.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы