Quá trình bức xạ nhiệt

ổng quan Nghiên cứu tổng quan về truyền nhiệt 1.1.1. Khái niệm về truyền nhiệt 1. Truyền nhiệt Truyền nhiệt là qúa trình trao đổi nhiệt giữa hai môi trường có nhiệt độ khác nhau qua vách ngăn cách. Đây là trường hợp trao đổi nhiệt phức tạp thường gặp trong thực tế. Quá trình truyền nhiệt thường diễn ra qua các giai đoạn sau: + Trao đổi nhiệt giữa môi trường có nhiệt độ cao với bề mặt vách ngăn được thực hiện cơ bản bằng đối lưu hoặc đối lưu kết hợp với bức xạ. + Dẫn nhiệt qua bề mặt vách ngăn. + Trao đổi nhiệt giữa bề mặt vách ngăn và môi trường có nhiệt độ thấp được thực hiện cơ bản bằng đối lưu hoặc đối lưu kết hợp với bức xạ. 2. Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt năng giữa các nguyên tử hay phân tử của một vật hoặc các vật khi chúng tiếp xúc với nhau hay còn được gọi là sự truyền nhiệt giữa các phân tử. 3. Trao đổi nhiệt đối lưu Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện nhờ sự chuyển động của chất lỏng hay chất khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau. Trong khối chất lỏng hoặc chất khí không thể tránh khỏi những phân tử có nhiệt độ khác nhau, tiếp xúc trực tiếp với nhau, tức là có sự dẫn nhiệt trong chất lỏng hoặc chất khí. Do đó trao đổi nhiệt đối lưu luôn kèm theo hiện tượng dẫn nhiệt. Tuy nhiên quá trình truyền nhiệt ở đây thực hiện chủ yếu bằng đối lưu vì thế ta gọi là trao đổi nhiệt đối lưu. 4. Trao đổi nhiệt bức xạ Trao đổi nhiệt bức xạ là quá trình trao đổi nhiệt xẩy ra nhờ khả năng bức xạ và hấp thụ các “tia nhiệt” của các vật. Quá trình bức xạ nhiệt là quá trình phát sinh cũng như truyền những tia mà ở nhiệt độ thường gặp chúng có hiệu ứng nhiệt cao (vật có thể hấp thụ được và biến thành nhiệt năng ). Đó là các tia hồng ngoại và ánh sáng trắng có . Đặc điểm của bức xạ nhiệt là luôn gắn liền với sự chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Khi bức xạ, nhiệt năng (nội năng) của vật biến thành năng lượng của các dao động điện từ và truyền đi trong không gian theo mọi phương với tốc độ bằng tốc độ ánh sáng. Khi gặp các vật khác, một phần hoặc toàn bộ năng lượng đó bị các vật hấp thụ lại biến thành nhiệt năng và nhiệt năng đó lại được phát đi dưới dạng năng lượng của các dao động điện từ, v.v… Quá trình cứ thế tiếp diễn mãi. Như vậy, một vật không chỉ luôn luôn phát đi năng lượng bức xạ mà còn luôn luôn nhận năng lượng bức xạ từ vật khác đến nó. ở điều kiện cân bằng nhiệt động, trị số năng lượng bức xạ bằng trị số năng lượng hấp thụ. Khi vật có nhiệt độ khác nhau, thì không những vật nóng truyền năng lượng cho vật có nhiệt độ thấp hơn mà vật có nhiệt độ thấp hơn vẫn truyền năng lượng cho vật có nhiệt độ cao hơn nó. Nhưng kết quả của việc trao đổi năng lượng vẫn tuân theo nguyên lý thứ hai của nhiệt động học nghĩa là vật có nhiệt độ cao truyền năng lượng cho vật có nhiệt độ thấp và số năng lượng đó bằng hiệu năng lượng do hai vật phát ra. 1.1.2. Quá trình trao đổi nhiệt giữa cơ thể, quần áo và môi trường 1. Khái niệm Giữa cơ thể và môi trường luôn diễn ra quá trình trao đổi nhiệt. Do nhiệt độ cơ thể luôn luôn ổn định, trong khi đó nhiệt độ môi trường luôn biến đổi, cho nên việc trao đổi nhiệt nhằm duy trì giữ nhiệt độ cơ thể luôn luôn ổn định. Và quần áo, trang phục tham gia vào quá trình này. Quá trình trao đổi nhiệt giữa cơ thể và môi trường phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Vị trí tiếp xúc giữa da và quần áo. Dạng hoạt động của cơ thể (đi bộ, chạy, mang vác đồ vật… ). Chuyển hoá vật chất trong cơ thể. Trạng thái hoạt động (yên tĩnh hoặc vận động). Điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc gió). Quần áo (kiểu dáng, kết cấu, vật liệu). Trong đó, yếu tố vật liệu cấu tạo nên quần áo là yếu tố đóng vai trò khá quan trọng trong quá trình này. 2. Các phương thức trao đổi nhiệt giữa cơ thể và môi trường Trao đổi nhiệt bức xạ Trong quá trình hoạt động sống, giữa cơ thể và môi trường xung quanh diễn ra sự trao đổi nhiệt bức xạ do một phần nhiệt năng biến đổi thành các tia nhiệt và quá trình lan toả các tia này được gọi là quá trình bức xạ nhiệt. Sự trao đổi nhiệt bức xạ có thể đi theo hướng dương hoặc hướng âm với sự cân bằng nhiệt của cơ thể. Sự bức xạ nhiệt theo hướng dương diễn ra khi nhiệt độ các vật thể xung quanh cơ thể lớn hơn nhiệt độ bề mặt cơ thể. Trong trường hợp này bức xạ nhiệt làm nóng cơ thể. Còn sự bức xạ nhiệt theo hướng âm thì diễn ra ngược lại và làm lạnh cơ thể. Trao đổi nhiệt đối lưu Trong môi trường không khí nhiệt được trao đổi chủ yếu bằng cách di chuyển các hạt, các phần tử không khí. Do vậy quá trình trao đổi nhịêt giữa cơ thể và không khí được gọi là trao đổi nhiệt đối lưu. Trao đổi nhiệt đối lưu có hai hình thức đó là: + Hình thức trao đổi nhiệt tự do nhờ có sự chênh lệch nhiệt độ cơ thể và nhiệt độ không khí. + Hình thức trao đổi nhiệt cưỡng bức nhờ có sự chuyển động cưỡng bức của không khí. Trao đổi nhiệt bằng dẫn nhiệt Trong quá trình sử dụng, cơ thể có thể tiếp xúc với quần áo như tiếp xúc với một vật thể. Ví dụ như khi ngồi, khi nằm, hay khi mặc những loài quần áo ôm sát lấy cơ thể… Hoặc trong những trường hợp cơ thể tiếp xúc trực tiếp với vật thể. Ví dụ như khi nhúng tay xuống nước, khi rửa mặt… Trong những trường hợp này, cơ thể toả nhiệt bằng hình thức dẫn nhiệt. Sự mất nhiệt qua dẫn nhiệt sẽ càng lớn nếu nhiệt độ của vật thể tiếp xúc với con người càng thấp, diện tích tiếp xúc càng lớn và dộ dày của quần áo càng nhỏ. ở điều kiện bình thường, phần nhiệt trao đổi ở phương thức truyền dẫn là không lớn vì hệ số dẫn nhiệt của lớp không khí tĩnh là không đáng kể, khi đó con người chỉ có thể bị mất nhiệt thông qua đế giầy mà diện tích của chúng chỉ chiếm 2% - 3% diện tích bề mặt cơ thể. Trao đổi nhiệt truyền dẫn phụ thuộc: + Diện tích tiếp xúc. + Độ dày, hệ số truyền nhịêt của vật tiếp xúc. + Sự chênh lệch nhiệt giữa cơ thể và vật truyền dẫn. d. Trao đổi nhiệt bằng cách thoát ẩm, thoát mồ hôi * ở điều kiện nhiệt độ dễ chịu, cơ thể ở trạng thái tĩnh, nước của cơ thể bị mất đi bằng cách bốc hơi, khuyếch tán qua da và đường hô hấp. Bằng phương thức này cơ thể toả vào môi trường xung quanh 23% đến 27% nhiệt lượng. Trong đó, chiếm 1/3 lượng nhiệt thoát qua đường hô hấp và 2/3 lượng nhiệt thoát qua da. Sự thoát hơi nước phụ thuộc vào áp suất hơi nước của lớp không khí trên bề mặt da, phụ thuộc vào vận tốc không khí và độ thẩm thấu không khí của quần áo sử dụng. * Khi nhiệt độ không khí tăng cao, cơ thể toả nhiệt chủ yếu qua hình thức thoát mồ hôi. Lượng mồ hôi thoát ra phụ thuộc chủ yếu vào sự vận động cơ bắp của con người, điều kiện khí hậu xung quanh như nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc gió, phụ thuộc vào mức độ tương thích của quần áo được sử dụng. Ví dụ như: + Khi nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, vận tốc gió cao thì quá trình trao đổi nhiệt sẽ diễn ra một cách dễ dàng. + Khi nhiệt độ cao, độ ẩm cao, vận tốc gió thấp thì quá trình trao đổi nhiệt sẽ diễn ra một cách khó khăn. Trao đổi nhiệt qua đường hô hấp Trao đổi nhiệt qua đường hô hấp chủ yếu là do sự đốt nóng không khí đi vào và là một phần không lớn trong tổng nhiệt lượng toả ra. Trao đổi nhiệt qua đường hô hấp phụ thuộc vào sự chêch lệch nhiệt hoặc nhiệt độ không khí hít vào, mức độ tiêu tốn năng lượng. 1.2. Tính chất vệ sinh của quần áo Vải là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu để cấu tạo nên quần áo và đồng thời cũng là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quần áo. Do đó nó cần phải đáp ứng được các chức năng của quần áo như: chức năng sử dụng và chức năng thông tin thẩm mỹ. Trong khi đó, chức năng vệ sinh lại là một chức năng sử dụng và rất quan trọng đối với quần áo, vì vậy mà vật liệu được sử dụng để tạo nên quần áo cần phải thoả mãn các yêu cầu vệ sinh chung của quần áo đó lầ phải đảm bảo cho các hoạt động sống của cơ thể con người diễn ra một cách bình thường, giúp giữ gìn sức khoẻ và khả năng làm việc cho con người trong các điều kiện thời tiết, khí hậu và các điều kiện sản xuất khác nhau. Vật liệu được gọi là có tính vệ sinh tốt là vật liệu đảm bảo được các yêu cầu vệ sinh cụ thể sau: + Bảo vệ con người trước tác động của các yếu tố bất lợi trong môi trường bên ngoài như: nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, bức xạ nhiệt, gió, bụi… + Bảo vệ con người trước tác động của các yếu tố có hại trong sản xuất, các chấn thương cơ học, tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động sống của cơ thể như: duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định, lưu thông máu, hô hấp… + Không phát sinh tích tụ tĩnh điện quá mức, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người. Đồng thời gây dính da, khó chịu. + Không được nhiễm vi khuẩn, vi trùng độc hại, có khả năng hấp thụ bụi nhỏ nhất và dễ loại bỏ chúng trong quá trình giặt. 1.2.1 Tính chất vật lý- vệ sinh cần nghiên cứu của vật liệu 1. Tính chất nhiệt của vải a. Khái niệm chung Vải được sử dụng vào mục đích bảo vệ cho con người khỏi bị tác dụng của nhiệt độ và một vài yếu tố khác… Đồng thời vải còn được sử dụng trong 1 số ngành công nghiệp đặc biệt có liên quan đến môi trường nhiệt độ cao. Do đó tính chất nhiệt là một trong những tính chất vật lý rất quan trọng của vải. * Các tính chất nhiệt bao gồm : Tính giữ nhiệt. Tính chịu nhiệt. Tính chịu lửa. * Các khái niệm: + Tính giữ nhiệt: là tính chất thể hiện khả năng bảo vệ cơ thể con người bớt mất thân nhiệt hoặc không bị quá nóng bởi ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường bên ngoài. + Tính chịu nhiệt của vải: là khả năng mà vật liệu có thể chịu đựng được ở một nhiệt độ nào đó trong một thời gian xác định mà không làm thay đổi các tính chất cơ lí của vật liệu. + Tính chịu lửa của vải: là khả năng chịu đựng của vải dưới tác dụng của ngọn lửa trực tiếp vào chúng. Trong các tính chất nhiệt trên thì tính giữ nhiệt là tính chất mà đề tài này đi sâu vào nghiên cứu. b. Tính giữ nhiệt của vải * Các đặc trưng Tính giữ nhiệt của vải được đánh giá bằng các đặc trưng sau: + Nhiệt trở ( R) - Khái niệm: nhiệt trở là sự giảm nhiệt độ (tính bằng độ) khi truyền từ môi trường có nhiệt độ cao hơn của dòng nhiệt 1W truyền qua vật liệu có diện tích 1 m2 và chiều dày nhất định. - Công thức tính: (1.1) R - ( m2 . K / W) hoặc ( m2.K. h / kcal). Q - là nhiệt lượng truyền qua vật liệu (kcal/h). F - diện tích vật liệu mẫu (m2). t1, t2 - là nhiệt độ hai mặt vật liệu ( 0C). t - thời gian (giờ-h). + Nhiệt trở riêng (r) - Khái niệm: nhiệt trở riêng hay suất nhiệt trở r là sự giảm nhiệt độ (tính bằng độ) khi truyền từ môi trường có nhiệt độ cao hơn của dòng nhiệt 1 W truyền qua vật liệu có diện tích 1 m2 và chiều dày là 1 m. - Công thức tính: (1..2) Trong đó: r - nhiệt trở riêng ( m.K / W) hoặc ( m2.K.h / kcal..m). b - chiều dày vật liệu (m). + Hệ số truyền nhiệt (độ truyền nhiệt) ( U): - Khái niệm: hệ số truyền nhiệt là lượng nhiệt truyền qua 1 đơn vị diện tích, trong 1 đơn vị thời gian khi độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bề mặt vật liệu bằng 1độ. - Công thức tính: (1.3) Trong đó: U - hệ số truyền nhiệt (W / m2.K) hoặc (kcal / m2.K.h). + Hệ số dẫn nhiệt (l): - Khái niệm: hệ số dẫn nhiệt là hệ số thể hiện lượng nhiệt dẫn qua vật liệu có diện tích 1 m2 và chiều dày 1 m trong 1 giờ khi hiệu số nhiệt độ giữa 2 môi trường bằng 1 độ. - Công thức tính: (1.4) Trong đó: l - hệ số dẫn nhiệt. ( W/ m.K) hoặc ( kcal/ m.K.h). * Nhận xét Do vải thường có chiều dày rất nhỏ nên ta dùng hệ số truyền nhiệt U (công thức 1. 3) và nhiệt trở R (công thức 1.1) để đặc trưng cho tính giữ nhiệt thì hợp lí hơn. Nếu nhiệt trở R càng lớn, hệ số truyền nhiệt K càng nhỏ thì tính chất giữ nhiệt của vật liệu càng tốt. Nhiệt trở bên trong của vật liệu phụ thuộc lớn vào chiều dày của vật liệu. c. Phương pháp xác định tính chất nhiệt của vải Phương pháp xác định tính chất nhiệt của vải thường được chia làm hai nhóm: - Nhóm 1: nhóm các phương pháp dựa trên nguyên tắc chế độ nhiệt động (phương pháp dòng nhiệt động – phương pháp không ổn định). - Nhóm 2: nhóm các phương pháp dựa trên chế độ dòng nhiệt tĩnh (phương pháp dòng nhiệt tĩnh – phương pháp ổn định). + Theo các phương pháp thuộc nhóm 1: mẫu vải được đặt vào môi trường có nhiệt độ biến đổi và thí nghiệm cho phép ghi nhận những thay đổi về nhiệt độ của hệ thống theo thời gian (Trên 1 điểm hoặc nhiều điểm khác nhau của mẫu vải). Cụ thể một phương pháp xác định tính chất giữ nhiệt của vải theo phương pháp dòng nhiệt động, được giới thiệu ở phần nghiên cứu thực nghiệm qua thí nghiệm xác định độ truyền nhiệt của vải được thực hiện ở Viện kinh tế kỹ thuật dệt may. + Theo các phương pháp thuộc nhóm 2: mẫu vải nghiên cứu được đặt vào một thiết bị thí nghiệm trong đó nguồn nhiệt với một công suất ổn định được duy trì trong môi trường tiêu chuẩn, do đó trên mẫu vải thí nghiệm các điểm có sự chênh lệch về nhiệt độ đều được đưa về mức độ ổn định đồng đều. Đồng thời các bộ phận khác của hệ thống cũng đạt đến mức độ ổn định về nhiệt độ. Một phương pháp xác định tính chất giữ nhiệt của vải theo phương pháp dòng nhiệt tĩnh, được giới thiệu một cách cụ thể ở phần nghiên cứu thực nghiệm qua thí nghiệm xác định hệ số truyền nhiệt của vải được thực hiện ở khoa Kỹ thuật nhiệt lạnh thuộc trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. * ở Việt Nam đã có các thiết bị xác định nhiệt trở của vật liệu như: Đĩa đồng và dụng cụ hình ống theo kiểu P.E ( Canmưcov) Mô hình trụ của Lacovenko theo chế độ hằng nhiệt. Toả nhiệt kế của Hilles theo chế độ nhiệt giảm dần. Đĩa đồng của Nguyễn Mạnh Liên và Bùi Huy Hùng. Thiết bị đo độ truyền nhiệt của vải kiểu ASTM. 2. Tính chất thẩm thấu không khí của vải a. Khái niệm chung - Tính thẩm thấu không khí của vải là khả năng vải cho không khí đi qua khi có sự chênh lệch áp suất không khí giữa 2 bề mặt vải. - Để đánh giá khả năng thẩm thấu không khí của vải người ta dùng thông số độ thẩm thấu không khí hay còn gọi là độ thoáng khí của vải. - Độ thẩm thấu không khí của vải được đặc trưng bằng lượng thể tích khí (dm3) đi qua 1 đơn vị diện tích bề mặt vải ( m2) trong 1 đơn vị thời gian (giây) khi có độ chênh lệch áp suất giữa hai bề mặt vải. - Độ thẩm thấu không khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hiệu số áp suất không khí truyền qua mẫu, khối lượng, độ dày, mật độ sợi, kiểu dệt, phương pháp hoàn tất… b. Phương pháp xác định độ thẩm thấu không khí * Nguyên lý chung khi xác định độ thẩm thâú không khí. + Sơ đồ nguyên lý xác định độ thẩm thấu không khí: 3 P1 P2 1 2 + Mẫu vải thí nghiệm (3) được đặt trong ống phân chia thành 2 phần (1) và (2). Khi áp suất không khí trong các phần ống (1) và (2) khác nhau ( P1 > P2) lúc đó không khí có thể tích V(dm3) sẽ truyền qua mẫu vải có diện tích F (m2) trong thời gian T (sec) khi hiệu số áp suất P = P1 – P2 . Từ đó xác định được độ thẩm thấu không khí (BDp) theo công thức: (1.5) - Những dụng cụ xác định độ thẩm thấu không khí của vải làm việc theo nguyên lý chung, đó là tạo nên hiệu số áp suất P1 và P2 trên bề mặt mẫu vải thí nghiệm từ đó không khí truyền qua chế phẩm. - Khi đánh giá và so sánh độ thẩm thấu không khí của vải thông dụng thực tế người ta thường dùng độ chênh lệch áp suất là 50 Pa tương ứng với áp suất là 5 mm cột nước. - Sự chênh lệch về áp suất giữa các bề mặt vải có thể được tạo nên bằng bơm hút hay bằng quạt gió. Một số thiết bị xác định độ thoáng khí đã có tại mặt Việt Nam: Thiết bị xác định độ thoáng khí của vải do hãng SHIRLEY-DEVELOPMENT chế tạo. Thiết bị ATL-2. 1.2.2. ảnh hưởng của các tính chất vật liệu đến tính vệ sinh của quần áo 1. ảnh hưởng của độ truyền nhiệt tới tính vệ sinh của quần áo Độ truyền nhiệt đặc trưng cho khả năng giữ nhiệt của vật liệu. Tính chất này có ý nghĩa quan trọng nhất đối với quần áo sử dụng trong muà đông vì nó là yêu cầu vệ sinh chính của loại quần áo này. Vật liệu có độ truyền nhiệt lớn sẽ làm giảm khả năng giữ nhiệt của quần áo và sẽ làm cho cơ thể bị mất nhiệt, bị lạnh. Ngược lại, nếu vật liệu có độ truyền nhiệt nhỏ thì sẽ có tính giữ nhiệt cao và hạn chế được sự mất nhiệt của cơ thể vào môi trường xung quanh. * Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất giữ nhiệt của vải + ảnh hưởng của độ dày đến tính giữ nhiệt của vảỉ Độ dày là một trong những đặc trưng kích thước của vải. Đặc trưng này ảnh hưởng nhiều đến tính chất của vải như: tính chất giữ nhiệt, tính thẩm thấu không khí, độ cứng, độ mềm … Chiều dày của vải thông thường thay đổi từ 0,1 mm - 0,5 mm. - Khi đề cập đến các yếu tố ảnh hưởng đến tính giữ nhiệt của vật liệu, tác giả Marsh M.C trong bài: “Những đặc tính cách nhiệt của các loại vải” đã chỉ rõ: độ dày của vật liệu là yếu tố quyết định tính chất giữ nhiệt của vật liệu. - Các tác giả Shiefer H.F, Steven H.T, Mack và Bayland P.M trong bài: “Nghiên cứu đặc tính của các loại chăn mền thông dụng trong gia đình” đã đưa ra công thức: Trong đó: T - độ truyền nhiệt (Kcal/m2.h.0C). 0,7 - độ dày (cm) với áp suất 0,7 g/cm2. Theo công thức trên thì độ dày của vật liệu tỷ lệ nghịch với độ truyền nhiệt của vật liệu, nghĩa là khi độ dày tăng thì độ truyền nhiệt giảm, do đó độ giữ nhiệt của vật liệu tăng và tỷ lệ thuận với độ dày. - Tác giả Zurin năm 1948 trong một nghiên cứu của mình đã đưa ra công thức tính nhiệt trở của vải len và vải bông trong điều kiện không khí khô như sau: Đối với vải len: Đối với vải bông: Trong đó: - độ dày của vải (m). - khối lượng riêng của vải (g / cm3). Theo các công thức trên thì độ dày của vật liệu tỷ lệ thuận với nhiệt trở của vải len và vải bông. - Cũng trong công trình nghiên cứu của mình, tác giả Zurin đẫ tiến hành thí nghiệm trên một số loại vải như: vải dạ, vải nỉ mùa đông và đưa ra kết quả trong bảng 1.2.3A Bảng 1.2.3A: Sự thay đổi độ giữ nhiệt theo độ dày của vải. Loại vải Ký hiệu Độ dày (mm) Khối lượng riêng (g/cm3) Độ thẩm thấu không khí (dm3/m2.s) Độ giữ nhiệt (m2.h.0C/ Kcal) Dạ, nỉ 1473 2,44 0,273 29,8 0,057 Dạ, nỉ may Carpot 1085 4,11 0,192 46,1 0,102 Dạ có tuyết 2209 4,40 0,144 136,5 0,114 Dạ có tuyết 2207 5,12 0,154 53,4 0,122 Dạ có tuyết 1295 5,89 0,126 90,4 0,161 - Tác giả Larose, năm 1946, khi nghiên cứu về tính chất của vải lông thú 2 mặt đã thí nghiệm ép nén độ dày của vải và chỉ ra độ giữ nhiệt tỷ lệ thuận với độ dày kể cả khi đã nén chặt 4 lần. Như vậy, qua các kết quả nghiên cứu trên đây, ta có thể kết luận rằng độ giữ nhiệt của vật liệu tỷ lệ thuận với độ dày của chúng. Nghĩa là khi độ dày của vật liệu càng lớn thì tính giữ nhiệt của vật liệu càng cao. + ảnh hưởng của độ thẩm thấu không khí đến tính giữ nhiệt của vảỉ Trong điều kiện không có gió, độ giữ nhiệt của vật liệu tỷ lệ thuận với độ dày của vật liệu và phụ thuộc chủ yếu vào độ dày. Nhưng trong điều kiện không khí có gió và giả định các yếu tố khác ổn định, độ gĩư nhiệt của vật liệu lại phụ thuộc chủ yếu vào độ thẩm thấu không khí và tốc độ chuyển động của không khí. Khi có gió sẽ làm tăng sự chuyển động của của các phân tử trong không khí, làm tăng sự đối lưu không khí giữa 2 bề mặt vật liệu và do đó cũng sẽ làm tăng độ truyền nhiệt của vật liệu và làm giảm tính giữ nhiệt của vật liệu cũng như quần áo. Như vậy, độ thẩm thấu không khí của vải tỷ lệ nghịch với tính giữ nhiệt của nó + ảnh hưởng của độ ẩm đến tính giữ nhiệt của vảỉ Độ ẩm của vật liệu được đặc trưng bằng lượng hơi nước chứa trong vật liệu và tính bằng % so với khối lượng của vật liệu sau khi sấy khô. Độ ẩm của vật liệu có ảnh hưởng lớn đến tính chất giữ nhiệt của vải. Khi độ ẩm tăng sẽ làm tăng độ dẫn nhiệt trong vật liệu vải và tính chất giữ nhiệt của vật liệu sẽ giảm. Điều này được giải thích là do nước có hệ số dẫn nhiệt rất cao so với vật liệu vải và không khí. Vì vậy trong quá trình sử dụng cần tránh để vải bị ẩm ướt, làm giảm tính giữ nhiệt của vải. Độ ẩm còn gián tiếp ảnh hưởng đến tính chất giữ nhiệt của vải qua sự ảnh hưởng của nó đến tính chất thẩm thấu không khí. Theo một khía cạnh khác, gián tiếp qua độ thẩm thấu không khí, trong môi trường có gió thì độ ẩm lại làm suy giảm độ dẫn nhiệt của vải do làm giảm độ thẩm thấu không khí. Nhưng sự ảnh hưởng này lại là không đáng kể so với sự ảnh hưởng trực tiếp của độ ẩm tới độ giữ nhiệt của vải. Do đó ta có thể kết luận rằng: Độ ẩm của vải tăng sẽ làm giảm tính giữ nhiệt của nó. 2. ảnh hưởng của độ thẩm thấu không khí tới tính vệ sinh của quần áo Độ thẩm thấu không khí đặc trưng cho tính thoáng khí của vật liệu. Tính chất này có ảnh hưởng lớn đến sự trao đổi và lưu thông không khí phía dưới quần áo và nó giúp bình thường hoá cho lớp không khí này. Tính chất này đặc biệt quan trong đối với quần áo mùa hè bởi vì quần áo mùa hè rất cần sự thông thoáng không khí. Còn đối với quần áo sử dụng cho mùa đông thì tính chất này không có ích nhiều vì độ thẩm thấu không khí càng lớn sẽ càng làm giảm tính giữ nhiệt của vật liệu. * Một số yếu tố ảnh hưởng đến tính chất thẩm thấu không khí của vải + ảnh hưởng của độ dày đến tính chất thẩm thấu không khí của vải Một công trình nghiên cứu khác của tác giả Zurin về ảnh hưởng của độ dày đến độ thẩm thấu không khí của vải đã đưa ra kết quả theo bảng 1.2.3B. Bảng 1.2.3B: Sự thay đổi độ thẩm thấu không khí theo độ dày vải. Vật liệu Độ dày (mm) Khối lượng riêng (g/ cm3) Độ thẩm thấu không khí (dm3/ m2.s) Vải bông 15 21 30 39 0,067 103 83,3 66,3 59,0 11 28 43 53 0,068 87,0 43,6 33,8 28,0 18 26 45 53 0,042 130,0 103,4 73,1 68,7 Từ bảng số liệu trên ta thấy: Khi tăng chiều dày của vải mà không thay đổi khối lượng thể tích của vải thì tính thẩm thấu không khí sẽ giảm. Và do đó sẽ làm giảm độ truyền nhiệt của vải. Như vậy gián tiếp qua độ thẩm thấu không khí thì độ dày của vải vẫn tỷ lệ thuận với độ giữ nhiệt của nó. + ảnh hưởng của độ ẩm đến tính chất thẩm thấu không khí của vải Độ thẩm thấu không khí của vải sẽ giảm khi độ ẩm của nó tăng lên. Đó là do khi độ ẩm của vải tăng lên thì lượng hơi nước giữa các xơ sợi cũng tăng lên, làm xơ sợi bị trương nở và kích thước của chúng tăng lên, từ đó làm cản trở sự đi qua vải của dòng không khí. Tác giả IM. Ivannhicova khi nghiên cứu về ảnh hưởng của độ ẩm của một số loại vải từ xơ sợi thiên nhiên và nhân tạo đến độ thẩm thấu không khí của chúng đã chỉ ra rằng: Độ thẩm thấu không khí của vải ẩm giảm đi so với vải trong điều kiện bình thường, lượng giảm này là khác nhau đối với từng loại vải. Loại vải Lượng giảm độ thẩm thấu không khí của vải ẩm Vải gai 25% 35% Vải bông 40% 47% Vải Vitcô Stapen 50% 65% Như vậy, độ ẩm làm giảm đáng kể tính thẩm thấu không khí của vật liệu. Trong thực tế, khi sử dụng quần áo, khi mồ hôi bốc hơi hay vật liệu, quần áo bị ngấm nước độ thẩm thấu không khí của nó sẽ giảm đi và góp phần làm giảm tính thông thoáng của vật liệu và quần áo gây cảm giác khó chịu cho người sử dụng. 1.3. Kết luận Qua phần nghiên cứu tổng quan, ta thấy rằng tính chất giữ nhiệt và tính thẩm thấu không khí là một trong số những tính chất vật lý và vệ sinh rất quan trọng của vải cũng như của quần áo. Tính giữ nhiệt là tính chất cần thiết cho quần áo sử dụng vào mùa đông, còn tính chất thẩm thấu không khí lại cần thiết cho quần áo sử dụng trong mùa hè. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến 2 tính chất trên đặc biệt là độ dày và độ ẩm của vải. Bên cạnh đó giữa 2 tính chất còn có mối liên hệ rất mật thiết với nhau. Qua các kết quả nghiên cứu trong phần này, em đã rút ra một số kết luận sau: + Độ giữ nhiệt của vật liệu tỷ lệ thuận với độ dày của chúng. + Độ thẩm thấu không khí của vải tỷ lệ nghịch với tính giữ nhiệt của nó. + Độ ẩm của vải tăng sẽ làm giảm tính giữ nhiệt của vải. + Khi tăng chiều dày của vải mà không thay đổi khối lượng thể tích của vải thì tính thẩm thấu không khí sẽ giảm. Và do đó cũng làm giảm độ truyền nhiệt của vải. Như vậy gián tiếp qua độ thẩm thấu không khí thì độ dày của vải vẫn tỷ lệ thuận với độ giữ nhiệt của nó. + Độ ẩm làm giảm đáng kể tính thẩm thấu không khí của vật liệu. Trong chương1 - nghiên cứu tổng quan, em đã trình bày khá tỷ mỷ về bản chất của tính giữ nhiệt của vải vì đây là hướng nghiên cứu chính của đề tài nói chung và phần thực nghiệm nói riêng. Bên cạnh đó, em cũng tìm hiểu thêm về một số yếu tố chủ quan của vật liệu tác động đến tính chất này và đi sâu hơn vào tính chất thẩm thấu không khí vì đây không chỉ là 1 trong những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất giữ nhiệt mà còn là một tính chất vệ sinh rất quan trọng. Do đó trong chương 2, em xin giới thiệu về 2 phương pháp thí nghiệm xác định độ truyền nhiệt của vải, qua đó nghiên cứu thêm về một số yếu tố khách quan tác động đến hệ số truyền nhiệt trong quá trình sử dụng và nghiên cứu thực nghiệm về độ thẩm thấu không khí của một số loại vải sản xuất trong nước. Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm 2.1. Đối tượng nghiên cứu + Đối tượng nghiên cứu là vật liệu vải, bao gồm các loại vải sau: - Vải ngoài: Microfibre. - Vải lót: lụa Vinylon. - Vải dựng: bông PE. + Mẫu vải và các thông số của mẫu vải được thể hiên trong bảng sau: Loại vải Ký hiệu Kiểu dệt Độ dày (mm) Mẫu vải Microfibre A Vân chéo 0,26 Lụa vinylon a Vân điểm 0,095 Bông PE B Không dệt 2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Nghiên cứu thực nghiệm độ truyền nhiệt của vải 1. Nguyên tắc xác định hệ số truyền nhiệt (hay độ truyền nhiệt) của vải a. Nguyên tắc xác định hệ số truyền nhiệt của vải theo phương pháp thí nghiệm tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt May Cách xác định hệ số truyền nhiệt trên đuợc thực hiện dựa theo Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 6176:1996. Hệ số truyền nhiệt của vải được xác định theo công thức sau: (kcal / m2.h.K) (2.1) + Trong công thức (2.1): - U1 - độ truyền nhiệt từ tấm thử ra không khí khi có mẫu thử. Độ truyền nhiệt từ tấm thử ra không khí khi có mẫu thử được tính theo công thức sau: (kcal / m2.h.K) (2.2) - U0 - độ truyền nhiệt từ tấm thử ra không khí khi không có mẫu thử. Độ truyền nhiệt từ tấm thử ra không khí khi không có mẫu thử được tính theo công thức sau: (kcal / m2.h.K) (2.3) + Trong công thức (2.2), (2.3): - F - diện tích mẫu thử hay cũng chính bằng diện tích tấm thử tính bằng m2. F=250(mm) x 250(mm) = 62500 (mm2) = 0,0625 (m2). - tp - nhiệt độ tấm thử khi có mẫu (được tính theo giá trị trung bình của bảng kết quả). - tp0 - nhiệt độ tấm thử khi không có mẫu được tính theo giá trị trung bình của bảng kết quả). - ta - nhiệt độ không khí (nhiệt độ buồng thử nghiệm) khi có mẫu (được tính theo giá trị trung bình của bảng kết quả). - ta0 - nhiệt độ không khí (nhiệt độ buồng thử nghiệm) khi không có mẫu (được tính theo giá trị trung bình của bảng kết quả). - P - lượng nhiệt thoát ra từ tấm thử ra môi trường không khí khi có mẫu. - P0 - lượng nhiệt thoát ra từ tấm thử ra môi trường không khí khi không có mẫu. Lượng nhiệt thoát ra từ tấm thử ra môi trường không khí khi có mẫu được tính theo công thức sau: (kcal / h) (2.4) Lượng nhiệt thoát ra từ tấm thử ra môi trường không khí khi không có mẫu được tính theo công thức sau: (kcal / h) (2.5) + Trong công thức (2.4), (2.5): - Ptt: Công suất tấm thử. Ptt= 40 W. - t: Thời gian cấp nhiệt cho tấm thử khi có mẫu (có đơn vị là giây (s) và được tính theo bảng kết quả tương ứng với khi có mẫu thử). - t0: Thời gian cấp nhiệt cho tấm thử khi không có mẫu (có đơn vị là giây (s) và dược tính theo bảng kết quả tương ứng với khi không có mẫu thử). - t: Thời gian thử. t = 1800 s. b. Nguyên tắc xác định hệ số truyền nhiệt của vải theo phương pháp thí nghiệm tại Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh Hệ số truyền nhiệt của vải được xác định theo công thức sau: K = (W/m2.K) (2.6) Trong đó: + Q - Công suất nhiệt. Q = Pđiện = U x I (W) (2.7) Với: Pđiện - công suất dòng điện (W). U - hiệu điện thế (V). I - cường độ dòng điện (A). + F - diện tích của mẫu F lấy gần đúng bằng diện tích bề mặt ống trụ và được tính theo công thức: Fống = h x p .d = 705 x 3,1416 x 153 x10-6 ằ 0,3384m2 Với: h - chiều cao ống trụ (mm). d - đường kính ống trụ (mm), + tw - nhiệt độ bề mặt ống (0C). + tf - nhiệt độ phòng thí nghiệm (0C). 2. Thiết bị thí nghiệm a. Thiết bị đo độ truyền nhiệt của vải kiểu ATSM a1. Chức năng của thiết bị Xác định độ truyền nhiệt hay hệ số truyền nhiệt của vải bằng cách đo nhiệt độ thoát ra từ tấm thử khi có mẫu và khi không có mẫu. a2. Mô tả thiết bị - (Hình1) - Thiết bị bao gồm 2 phần: buồng thử nghiệm (H1A) và khối điều khiển (H1B) được kết nối với nhau. - Kích thước của thiết bị: Buồng thử nghiệm: rộng 530(mm) x sâu 530(mm) x cao 720(mm). Khối điều khiển : rộng 640 (mm) x sâu 370(mm) x cao 380(mm). - Các chi tiết của thiết bị được nêu trong hình vẽ mô tả thiết bị (H1). 1. Công tắc nguồn điện. 2. Công tắc còi báo. 3. Công tắc đặt thời gian. 4. Công tắc tính thời gian. 5. Đồng hồ tích phân chỉ thời gian cấp nhiệt. 6. Đồng hồ đặt thời gian thử. 7. Các nút ấn đo nhiệt độ tấm thử, tấm bảo vệ, tấm đáy và nhiệt độ buồng thử nghiệm. 8. Bộ điều chỉnh nhiệt độ các tấm thử, tấm bảo vệ, tấm đáy từ 0-> 50 0C, thang 10C. 9. Đồng hồ nhiệt độ các tấm ứng với các nút 7. 10. Tấm thử. 11. Tấm bảo vệ. 12. Tấm đáy. 13. Que đo nhiệt độ buồng thử nghiệm. D1. Đèn báo cấp nguồn. D2. Đèn báo đo thời gian cấp nhiệt. D3. Đèn báo nhiệt của tấm thử. D4. Đèn báo nhiệt của tấm bảo vệ. D5. Đèn báo nhiệt của tấm đáy. 8 9 12 10 13 11 H1A 4 Hình 1: Hình vẽ mô tả thiết bị 1 2 3 5 6 7 0I 0I 0I 0I 1 2 3 4 1 3 D1 D2 D3 D4 D5 H1B + Một số chi tiết chính của buồng thử nghiệm: - Tấm thử: kích thước 250 mm x 250 mm. Tấm thử được làm bằng nhôm và được sơn mầu gần giống da người. - Tấm bảo vệ: là vòng chắn biên của tấm thử, có chiều dày bằng với chiều dày tấm thử, được chế tạo bằng nguyên liệu giống như tấm thử và được ngăn cách với tấm thử bằng vật liệu cách nhiệt. -Tấm đáy: có chiều dày, chế tạo bằng nguyên liệu giống tấm thử và tấm bảo vệ nhằm ngăn cản sự mất nhiệt xuống phía dưới. -Nắp đậy của buồng thử nghiệm được làm bằng tấm acrylic, trong suốt, có cửa bản lề ở mặt trước. + Đặc điểm kĩ thuật: - Bộ phận cấp nhiệt cho tấm thử có công suất là: 40 W - Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ. Biến thiên từ 0 0C đến 50 0C. - Bộ đếm thời gian cấp nhiệt và thời gian thử nghiệm. - Hệ thống còi báo theo đặt giờ. - Điện nguồn: 220 V. b . Mô hình thiết bị đo độ truyền nhiệt của vải do Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh chế tạo (Hính 2) Đế cách nhiệt ổn áp Biến áp Vô cấp Cầu dao Đồng hồ đo nhiệt độ Chân đế Đ1 Đ2 Mũ cách nhiệt h5=600 h3=350 h1=100 h4=500 h2=200 t5 t3 t1 t4 t2 tf Hình 2: Sơ đồ thiết bị xác định hệ số truyền nhiệt * Cấu tạo thiết bị gồm có các bộ phận chính sau: + ống đồng: Kích thước: cao h x đường kính d = 705mm x 153 mm, chiều dày d = 1mm Vật liệu: đồng nguyên chất có hệ số dẫn nhiệt l = 499W/m.K, độ đen e = 0.15, được gia công từ đồng tấm có bề mặt nhẵn được uốn thành hình trụ sau đó hàn nối theo chiều dọc. Bên trong ống có khoan lỗ để gắn cặp nhiệt. + Bộ phận cấp nhiệt (cấp nhiệt bằng bức xạ) gồm có hai bóng đèn đặt ở vị trí chính giữa trong ống nhưng ở các độ cao khác nhau, hai bóng đèn có thông số và vị trí lắp đặt như sau: Đ1: 220V- 100W, hĐ1 = 120mm Đ2: 220V – 60W, hĐ1=380mm + Bộ phận đo nhiệt độ gồm có: - 6 đầu đo nhiệt độ được làm từ CrNi – CrAl, trong đó 5 đầu được gắn vào thành trong của ống đồng kí hiệu là t1, t2, t3, t4, t5 với chiều cao lần lượt là 100, 200 350, 500, 600, đầu còn lại để ngoài không khí kí hiệu là tf các đầu đo này đều được nối vào đồng hồ đo nhiệt độ hiển thị số. - Đồng hồ đo nhiệt độ có phạm vi từ 0 đến 50 oC. + Bộ phận cấp điện gồm: 1 ổn áp, 1 biến áp vô cấp (có thể cấp công suất từ 0 đên 160W), Vôn kế, Ampe kế. + Bộ phận cách nhiệt và đế: gồm mũ cách nhiệt, đế cách nhiệt làm bằng xốp stiropor dày d = 40mm, hệ số dẫn nhiệt l = 0.045W/m.K 3. Phương án thí nghiệm a. Phương án thí nghiệm xác định hệ số truyền nhiệt của vải bằng thiết bị ATSM (được thể hiện ở bảng 2.2.1A) Bảng 2.2.1A: STT Số lớp vải Loại vải Số lần giặt Ghi chú A a Bông 1 1 X 0 Mặt phải hướng ra ngoài 2 1 X 0 Mặt phải hướng ra ngoài 3 1 X 0 4 2 X X 0 Mặt traí úp vào nhau, vải A ở phía ngoài 5 2 X X 0 Mặt traí úp vào nhau, vải a ở phía ngoài b. Phương án thí nghiệm nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt bằng mô hình thí nghiệm của Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh (được thể hiện ở bảng 2.2.1B) Bảng 2.2.1B: STT Số lớp vải Loại vải Số lần giặt Nhiệt độ thiết bị (0C) Ghi chú A a Bông 1 1 X 0 36 + 0,5 0C Mặt phải hướng ra ngoài 2 1 X 0 Mặt phải hướng ra ngoài 3 1 X 0 4 2 X X 0 Mặt traí úp vào nhau, vải A ở phía ngoài 5 2 X X 0 Mặt traí úp vào nhau, vải a ở phía ngoài 6 1 X 1 36 + 0,5 0C Mặt phải hướng ra ngoài 7 1 X 2 Mặt phải hướng ra ngoài 8 1 X 3 Mặt phải hướng ra ngoài 9 1 X 4 Mặt phải hướng ra ngoài 10 1 X 5 Mặt phải hướng ra ngoài 11 1 X 6 Mặt phải hướng ra ngoài 12 X 0 Thayđổi từ 30 0C đến 40 0C Mặt phải hướng ra ngoài Chuẩn bị thí nghiệm a. Thí nghiệm tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt May + Mẫu thí nghiệm được lấy theo TCVN 1749-86. + Lấy mẫu một cách ngẫu nhiên trong lô, mẫu vải phải ở vị trí cách mép không dưới 50mm + Số lượng mẫu: Chuẩn bị 3 mẫu vải cho một phương án thí nghiệm. + Kích thước mẫu: 250mm x 250mm. + Mẫu thử phẳng, không có vết nhăn. + Mẫu thử được mang vào phòng thí nghiệm nơi đặt thiết bị thí nghiệm và để mẫu hơn 10 giờ trước khi tiến hành thí nghiệm. * Điều kiện khí hậu trong phòng thí nghiệm là: - Nhiệt độ phòng: 20 0C ± 2 0C. - Độ ẩm phòng: 65% ± 2 %. - Tốc độ gió < 10 cm/s. b. Thí nghiệm tại Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh + Lấy mẫu một cách ngẫu nhiên trong lô, mẫu vải phải ở vị trí cách mép không dưới 50mm + Cắt vải theo thẳng theo sợi dọc, sợi ngang. + Chuẩn bị 1 mẫu vải cho 1 phương án thí nghiệm. + Kích thước mẫu là 710mm x 485mm. + Đối với những phương án từ 6 đến 11: đem vải đi giặt, phơi khô rồi tiến hành thí nghiệm sau đó lại tiếp tục giặt tiến hành thí nghiệm đủ 6 lần. + Quấn mẫu vào ống sao cho đảm bảo vải phủ kín ống ở hai đầu trên và dưới, sử dụng băng dính để dính 2 mép vải theo chiều dọc của ống . * Điều kiện khí hậu trong phòng thí nghiệm là điều kiện không khí bình thường. Trình tự thí nghiệm a. Thí nghiệm tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt May Điều chỉnh thiết bị: + Bật công tắc cấp nguồn (1) đèn báo cấp nguồn (D1) sẽ bật sáng. + Vặn theo chiều kim đồng hồ các chiết áp (1, 2, 3) của bộ điều khiển nhiệt độ (8) để điều chỉnh nhiệt độ lần lượt cho các tấm thử, tấm bảo vệ và tấm đáy để đặt toàn bộ ở nhiệt độ thử nghiệm là 36 0C. Khi được cấp nhiệt đèn báo cấp nhiệt D2 sẽ sáng và khi các tấm đạt đến nhiệt độ đã định (36 0C) các đèn báo nhiệt của các tấm thử, tấm bảo vệ và tấm đáy (D3, D4, D5) sẽ sáng. + Đặt giờ cho thời gian thử nghiệm bằng đồng hồ đặt thời gian thử (6) là 1800 giây (30 phút). + Bật công tắc còi báo (2). Tiến hành thử nghiệm: * Tiến hành đo khi có mẫu thử: + Sau khoảng hơn 30 phút sau khi bật công tắc nguồn, khi nhiệt độ của các tấm thử, tấm bảo vệ và tấm đáy ổn định ở 36 0C, đèn báo cấp nhiệt D2 sẽ tắt, đặt nhanh mẫu thử lên tấm thử qua cửa nắp đậy của buồng thử nghiệm. + Đến thời điểm đèn báo nhiệt của tấm thử (D1) bật sáng (tức là nhiệt độ của tấm thử đã xuống dưới giá trị giới hạn cho phép 0,5 0C) thì bật công tắc tính thời gian (4) để khởi động bộ đếm thời gian, đo thời gian cấp nhiệt của từng lần cấp và tổng thời gian cấp nhiệt trong suốt thời gian thử nghiệm. Đồng hồ đếm thời gian cấp nhiệt (5) sẽ xác định thời gian (t) trong công thức (2.4) và (2.5). Khi bật công tắc (4), đèn báo thời cấp nhiệt (D2) sẽ sáng lên. + Sau 3 phút tức là tương ứng với số hiển thị trên đồng hồ đặt thời gian thử (6) là180s thì lần lượt bấm các nút ấn (1,2,3,4) đo nhiệt độ của các tấm thử, tấm bảo vệ, tấm đáy và nhiệt độ phòng thử nghiệm (7) và ghi lại các số hiển thị trên đồng hồ chỉ nhiệt độ (9) tương ứng của từng lần bấm: - ấn nút số 1 thì trên màn hình của đồng hồ chỉ nhiệt độ (9) hiển thị nhiệt độ tấm thử (tP). - ấn nút số 2 thì trên màn hình của đồng hồ chỉ nhiệt độ (9) hiển thị nhiệt độ tấm bảo vệ (tBV). - ấn nút số 3 thì trên màn hình của đồng hồ chỉ nhiệt độ (9) hiển thị nhiệt độ tấm đáy(tĐáy). - ấn nút số 4 thì trên màn hình của đồng hồ chỉ nhiệt độ (9) hiển thị nhiệt độ buồng thử nghiệm (ta). - Và tiếp tục cứ sau 3 phút tương ứng với số hiển thị trên đồng hồ (6) lần lượt là: 360, 540, 720, 900, 1080, 1260, 1440, 1620, 1800, thì lặp lại theo trình tự của bước trên. + Khi đồng hồ đặt thời gian thử (6) chỉ (1800s), bộ phận đếm thời gian tự động dừng lại, còi phát kêu thì tắt còi và ghi lại thời gian cấp nhiệt trên đồng hồ tích phân chỉ thời gian cấp nhiệt (5). + Bỏ mẫu thử ra nhấn nút đặt thời gian (3) để đặt lại thời gian sau khi đã ghi lại số liệu. * Tiến hành đo khi không có mẫu thử: Cách thức tiến hành thí nghiệm giống như khi có mẫu nhưng bỏ qua việc đặt mẫu thử. b. Thí nghiệm tại Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh + Đặt ước lượng công suất cấp để đạt nhiệt độ mong muốn. + Bật công tắc nguồn điện. + Theo dõi thời gian ổn định nhiệt độ (khoảng 40 đến 60 phút) + Tiến hành đo: cứ 2 phút ghi lại các số liệu sau: - Điện áp cấp U (V). - Dòng điện I (A). - Nhiệt độ tại 5 điểm trên bề mặt ống t1, t2, t3, t4, t5 (oC) - Nhiệt độ không khí trong phòng tf (oC). + Sau 10 phút thì kết thúc quá trình đo. Xử lý kết quả đo a. Thí nghiệm tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt May Kết quả đo độ truyền nhiệt của một mẫu thử trong 1 phương án được ghi ở bảng 2.2.1C. Bảng 2.2.1C: kết quả thí nghiệm độ truyền nhiệt của một mẫu thử Số lần ghi kết quả (i) Thời gian ghi kết quả thí nghiệm (s) Nhiệt độ tấm thử tp (0C) Nhiệt độ buồng thử nghiệm ta (0C) Có mẫu Không mẫu Có mẫu Không mẫu 1 180 2 360 3 540 4 720 5 900 6 1080 7 1260 8 1440 9 1620 10 1800 Trung bình Thời gian cấp nhiệt (t) Có mẫu: Không mẫu: - Tính giá trị trung bình ( p) và (a) của cột nhiệt độ tấm thử (tp) và nhiệt độ buồng thử nghiệm (ta) từ 3 bảng kết quả thí nghiệm của 3 mẫu thử trong 1 phương án thí nghiệm theo công thức sau: (0C) (2.8) - Tính giá trị trung bình cho thời gian cấp nhiệt (t) tương ứng với khi có mẫu và không mẫu từ 3 bảng kết quả thí nghiệm của 3 mẫu thử trong 1 phương án thí nghiệm theo công thức sau: (0C) (2.9) - Sau đó tính lượng nhiệt thoát ra từ tấm thử ra môi trường không khí khi có mẫu thử (P) và khi không có mẫu thử (P0) theo công thức (2.4) và (2.5). Với: t = và t 0 = - Tính độ truyền nhiệt từ tấm thử ra không khí khi có mẫu thử (U1) và khi không có mẫu thử (U0) lần lượt theo công thức (2.2), (2.3). Với: tp = p và ta = a. Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt của các phương án thí nghiệm sẽ được ghi lại ở bảng 2.2.1D. Bảng 2.2.1D: kết quả xác định độ truyền nhiệt Phương án (i) P (kcal /.h) P0 (kcal / h) U1 (kcal / m2.h.K) U0 (kcal / m2.h.K) Hệ số truyền nhiệt (U) (kcal / m2.h.K) 1 2 3 4 5 - Độ truyền nhiệt (hay hệ số truyền nhiệt) của một phương án thí nghiệm sẽ được tính theo công thức (2.1). * Cách xử lí số liệu trên đuợc thực hiện dựa theo TCVN 6176:1996. b. Thí nghiệm tại Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh Tính nhiệt độ trung bình tại các điểm đo trên bề mặt thiết bị sau 5 lần đo. `ti = (2.10) Xác định nhiệt độ bề mặt trung bình theo công thức: `tw = (2.11) Xác định nhiệt độ không khí trung bình theo công thức: `tf = (2.12) Xác định cường độ dòng điện trung bìnhôch 5 lần đo (): (2.13) Xác định hiệu điện thế trung bình cho 5 lần đo (): (2.14) Xác định công suất nhiệt (Q) theo công thức (2.7). Với: I = và U = Hệ số truyền nhiệt của vải được xác định theo công thức (2.6). Với: tw = ` tw và tf = `tf 2.2. 2. Nghiên cứu thực nghiệm về tính thẩm thấu không khí của vải Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5092-90. 1. Nguyên tắc tính toán Độ thoáng khí hay độ thẩm thấu không khí của vật liệu sẽ được tính theo công thức sau: (2.15) Trong đó: + F - diện tích phần mẫu có không khí đi qua và chính bằng diện tích vùng kiểm tra. F được tính theo công thức sau: + V - lượng không khí đi qua mẫu trong thời gian 1 giây, và được tính bằng cm3 . 2. Thiết bị thí nghiệm Máy thử độ thoáng khí do hãng SHIRLEY DEVELOPMENTS chế tạo. Đặc trưng kỹ thuật: + Đồng hồ đo thể tích khí có độ chính xác 0,005 cm3. + Bộ phận điều chỉnh áp suất đảm bảo sự điều chỉnh chính xác áp suất cần thiết. + Đồng hồ đo áp suất có phạm vi đo từ 0 đến 25 mm cột nước. 3. Phương án thí nghiệm Các phương án thí nghiệm xác định độ thẩm thấu không khíđược thể hiện ở bảng 2.2.2A. Bảng 2.2.2A: STT Số lớp vải Loại vải Ghi chú A a Bông 1 1 X Mặt phải hướng ra ngoài 2 1 X Mặt phải hướng ra ngoài 3 2 X X Mặt traí úp vào nhau, vải A ở phía ngoài 4 2 X X Mặt traí úp vào nhau, vải a ở phía ngoài 4. Chuẩn bị thí nghiệm + Tiến hành lấy mẫu theo TCVN 1949-86 và TCVN 2124-77. + Loại mẫu thử: vải + Số lượng mẫu thử là 3 mẫu cho một phương án thí nghiệm. + Kích thước mẫu thử là: 250mm x 250mm. +Yêu cầu với mẫu thử: tiến hành cắt mẫu thử cách biên vải tối thiểu là 100mm để không ảnh hưởng tới kết quả đo. + Trước khi tiến hành thí nghiệm phải giữ mẫu trong điều kiện khí hậu quy định của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1748-86 không ít hơn 24 giờ. * Điều kiện thí nghiệm: Nhiệt độ : 20 + 2 ( 0C ). Độ ẩm : 65 + 2 ( % ). Độ chêch lệch áp suất là: 20mm cột nước. 5. Xử lý kết quả đo + Kết quả đo sẽ được ghi lại trong bảng 2.2.2B + Độ thoáng khí của mỗi mẫu thử thứ i sẽ được tính theo công thức (2.15) và ghi kết quả vào bảng 2.2.2. + Độ thoáng khí của 1 phương án thí nghiệm sẽ được tính theo công thức sau: ( dm3 / m2.s ) (2.16) Bảng 2.2.2B: Phương án thí nghiệm Mẫu thử (i) Lượng không khí đi qua mẫu trong thời gian 1 giây V (cm3) Độ thoáng khí Bi (dm3/m2.s) Độ thoáng khí B(dm3/m2.s) 1 1 2 3 2 1 2 3 3 1 2 3 4 1 2 3 2.3. Đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm 2.3.1. Đánh giá kết quả thí nghiệm độ truyền nhiệt 1. Thí nghiệm độ truyền nhiệt tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt - May a. Kết quả Kết quả thí nghiệm độ truyền nhiệt thực hiện trên thiết bị thí nghiệm ATSM tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt - May được thể hiện qua bảng 2.3.1A. Bảng 2.3.1A: Phương án thí nghiệm U1 (kcal / m2.h.K) U0 (kcal / m2.h.K) U (kcal / m2.h.K) 1 8,738 9,259 155,288 2 8,906 9,405 167,858 3 4,500 4,900 55,125 4 8,047 9,726 46,614 5 8,164 9,455 59,791 b. Đánh giá biểu đồ độ truyền nhiệt của các phương án 155.288 167.858 55.125 46.614 59.791 0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.00 180.000 Phương án Vải A Vải a Bông PE 2 lớp Aa 2 lớp aA U(kcal/m2.h.0C) Theo bảng kết quả thí nghiệm tại Viện Kinh Tế Kỹ Thuật Dệt May ta lập biểu đồ biểu diễn độ truyền nhiệt của các phương án Từ biểu đồ ta thấy rõ độ truyền nhiệt giữa các loại vải khác nhau trong cùng 1 điều kiện thí nghiệm giống nhau là khác nhau. Loại vải lót a có độ truyền nhiệt lớn nhất và bông PE có độ truyền nhiệt nhỏ nhất. Có thể giải thích về sự khác nhau này là do các loại vải khác nhau về nhiều yếu tố như: độ dày, kiểu dệt, thành phần xơ sợi… Khi có kết cấu 2 lớp thì độ truyền nhiệt giảm đi đáng kể do độ dày phần dẫn nhiệt tăng lên. Khi đổi trật tự trong - ngoài các lớp vải thì độ truyền nhiệt cũng thay đổi do bề mặt vật liệu tiếp xúc với môi trường thay đổi. Điêù này được giải thích là do các loại vải có hệ số truyền nhiệt khác nhau, loại vải nào có hệ số truyền nhiệt lớn thì khi tiếp xúc với môi trường sẽ toả nhiệt lớn và làm tăng hệ số truyền nhiệt của cả kết cấu. Đúng vậy, qua đồ thị ta cũng thấy rõ, loại vải a có hệ số truyền nhiệt lớn hơn vải A nên khi có kết cấu 2 lớp a hướng ra ngoài, nghĩa là loại vải a tiếp xúc với môi trường không khí và hệ số truyền nhiệt của cả kết cấu tăng lên. 2. Thí nghiệm độ truyền nhiệt tại Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh a. Kết quả Kết quả thí nghiệm độ truyền nhiệt thực hiện trên mô hình thí nghiệm của Viện Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh được thể hiện qua bảng 2.3.1B. Bảng 2.3.1B: Phương án Vật liệu P (W) tw ( oC) tf ( oC) Dt ( oC) K ( W/m2K) 1 A 29.400 35.75 24.20 11.55 7.523 2 a 22.037 35.78 27.22 8.56 7.608 3 Bông 12.177 35.66 27.00 8.66 4.155 4 Aa 29.785 36.27 24.54 11.73 7.504 5 aA 29.792 36.26 24.46 11.80 7.458 6 A 30.029 35.92 24.36 11.56 7.674 7 a 30.044 35.66 24.08 11.58 7.670 8 a 29.097 36.43 24.92 11.51 7.469 9 a 23.338 35.76 26.06 9.70 7.107 10 a 24.871 36.16 26.12 10.04 7.320 11 a 21.674 36.43 27.22 9.21 6.954 12 A 17.757 30.94 23.90 7.04 7.449 18.480 31.70 24.12 7.58 7.180 21.239 32.84 24.52 8.32 7.544 24.724 34.17 24.68 9.49 7.700 25.900 34.89 24.58 10.31 7.425 32.391 37.14 24.74 12.40 7.719 35.248 38.18 24.40 13.78 7.561 37.744 38.96 24.40 14.56 7.658 b. Đánh giá b1. Sự thay đổi của k theo quá trình sử dụng (theo số lần giặt n) 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 0 1 2 3 4 5 6 7 K (W / m2.K) n Đồ thị: Sự thay đổi hệ số truyền nhiệt của vải trong quá trình sử dụng (theo số lần giặt n) (Vật liệu: A, tw=36 ± 0,5oC ) * Từ bảng kết quả thí nghiệm tiến hành vẽ đồ thị cho các phương án thí nghiệm từ 6 đến 11. Từ đồ thị ta thấy: sau một, hai lần giặt đầu thì độ truyền nhiệt của vải có xu hướng tăng lên. Nhưng khi tăng số lần ghiặt thì độ truyền nhiệt sẽ giảm và sự suy thoái của độ truyền nhiệt có xu hướng bão hoà đến một giá trị ổn định. Điều này được giải thích là do sau một vài lần giặt đầu vải chưa bị mài mòn và sự mất mát lớp hồ, lớp keo là chưa đáng kể mà thay thế vị trí lớp hồ, lớp keo này là những sợi tơ bị xù ra làm cho vải xốp hơn do đó làm cho độ truyền nhiệt tăng lên. Nhưng sau đó việc giặt vải sẽ làm cho lớp hồ, lớp keo cũng như những sợi tơ bị xù ra dần dần mất đi và làm cho vải bị ăn mòn do đó độ truyền nhiệt của vải giảm đi đáng kể. Sự ăn mòn do giặt sẽ làm cho vải trở nên trơ và dần đến một trạng thái ổn định mà sau đó sự thay đổi là không đáng kể, ở giai đoạn này hệ số truyền nhiệt sẽ đạt đến giá trị ổn định. Do điều kiện thời gian hạn hẹp nên em mới chỉ nghiên cứu được sự suy thoái của độ truyền nhiệt theo số lần giặt đến giá trị n = 6. Nhưng đồ thị minh hoạ cũng thể hiện khá rõ quá trình này. b2. ảnh hưởng của nhiệt độ tới dộ truyền nhiệt của vải k = 0.037t w + 6.237 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 K (W / m2.K) tw (0C) Đồ thị : ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số truyền nhiệt của vải (Vật liệu: A, tf = 24 - 25 oC) * Từ bảng kết quả thí nghiệm, tiến hành vẽ đồ thị cho phương án thí nghiệm 12. Bằng phương pháp bình phương tối thiểu, sự thay đổi của hệ số truyền nhiệt theo nhiệt độ đã được số hoá dưới dạng phương trình đường thẳng. Qua đồ thị ta thấy ở trong dải nhiệt độ bé từ (30 đến 40oC) hệ số truyền nhiệt của vải và quần áo tăng theo nhiệt độ bề mặt nhưng không thay đổi lớn. Điều này được giải thích như sau: Quá trình truyền nhiệt từ bề mặt ống đồng ra môi trường qua vải bao gồm hai quá trình nối tiếp nhau là dẫn nhiệt qua các lớp vải và toả nhiệt (đối lưu và bức xạ) ra môi trường. Trong giải nhiệt độ bé thì hệ số dẫn nhiệt l của vải hầu như không thay đổi nhưng hệ số toả nhiệt đối lưu và bức xạ thì tăng theo nhiệt độ. Nên hệ số truyền nhiệt của vải cũng tăng theo nhiệt độ. 3. So sánh 2 phương pháp thí nghiệm Từ bảng kết quả thí nghiệm xác định hệ số truyền nhiệt của 2 phương pháp, vẽ đồ thị cho các phương án thí nghiệm giống nhau trên cùng một hệ trục toạ độ theo các giá trị sau: - Theo phương pháp thí nghiệm ở Viện Dệt vẽ đồ thị cho hệ số truyền nhiệt từ bề mặt tấm thử ra không khí (U1). Mô hình thiết bị xác định hệ số truyền nhiệt Thiết bị kiểu ATSM 7.608 7.523 4.155 7.504 7.458 8.738 8.906 4.500 8.047 8.164 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Phương án thí nghiệm Giá trị (W / m2.K) Vải A Vải a Bông PE 2 lớp Aa 2 lớp aA đồ thị biểu diễn sự tương quan về hệ số truyền nhiệt giữa phương pháp thí nghiệm trên thiết bị ATSM và Mô hình thiết bị xác định hệ số truyền nhiệt - Theo phương pháp thí nghiệm ở Viện Nhiệt vẽ đồ thị cho hệ số K Từ đồ thị ta thấy ta thấy sự biến thiên hệ số truyền nhiệt giữa 2 phương pháp thí nghiệm trên là khá giống nhau. Tuy nhiên về giá trị hệ số truyền nhiệt của các phương án đều có sự chênh lệch, điều này được giải thích là do điều kiện làm thí nghiệm của 2 phương pháp là khác nhau. Phương pháp thí nghiệm tại Viện Dệt để mẫu và tiến hành thí nghiệm trong điều kiện khí hậu chuẩn, còn tại Viện Nhiệt thì tiến hành thí nghiệm trong điều kiện không khí bình thường. Như vậy, điều kiện môi trường khí hậu làm thí nghiệm có tác động khá rõ nét tới kết quả thí nghiệm. 2.3.2. Độ thẩm thấu không khí 1. Kết quả Kết quả thí nghiệm độ thẩm thấu không khí được thể hiện qua bảng 2.3.2. Bảng 2.3.2: Phương án thí nghiệm B ( dm3 / m2.s ) 1 9,20 2 34,90 3 7,54 4 7,81 b. Đánh giá kết quả thí nghiệm Theo bảng kết quả thí nghiệm về độ thẩm thấu không khí (bảng 2.3.2) ta lập biểu đồ biểu diễn độ thẩm thấu không khí của các phương án, từ đó ta thấy các loại vải khác nhau có độ thẩm thấu không khí là khác nhau. Loại vải ngoài A có độ thẩm thấu không khí thấp hơn loại vải lót a, loại bông PE có độ thẩm thấu không khí quá lớn coi như kết quả bằng Ơ. Khi có kết cấu 2 lớp độ thẩm thấu không khí cũng giảm đi. Khi đổi trật tự trong - ngoài các lớp vải độ thẩm thấu không khí cũng có sự thay đổi nhưng không đáng kể. biểu đồ độ thẩm thấu không khí của các phương án 9.2 7.54 7.81 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Phương án B(dm3/m2.s) Vải A Vải a 2 Lớp Aa 2 lớp aA 2.3.3. Mối quan hệ giữa độ truyền nhiệt và độ thẩm thấu không khí Từ kết quả thí nghiệm độ truyền nhiệt (bảng 2.3.1A) và độ thẩm thấu không khí (bảng 2.3.2) thực hiện tại Viện Dệt, ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ truyền nhiệt và độ thẩm thấu không khí trên cùng 1 hệ trục toạ độ. Từ biểu đồ ta thấy rằng, khi độ truyền nhiệt giảm thì độ thẩm thấu không khí cũng giảm, hay nói theo cách khác độ truyền nhiệt tỷ lệ thuận với độ thẩm thấu không khí. Như vậy, qua phần nghiên cứu thực nghiệm, đề tài này một lần nữa chứng minh được rằng tính giữ nhiệt tỷ lệ nghịch với độ thẩm thấu không khí của vải. Độ truyền nhiệt Độ thẩm thấu không khí 2 lớp aA 2 lớp Aa Vải a Vải A Giá trị phương án 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 155.288 59.791 46.614 7.81 7.54 9.20 34.90 167.858 thấu không khí và độ truyền nhiệt đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ thẩm