Optimisation of Thermal Conditions in a Composite Wet Diving Suit

• Autorzy: Korycki R.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja warunków termicznych w kompozytowym mokrym ubiorze do nurkowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main goal was to optimise the thermal conditions within a diving suit and improve the user’s comfort. The wet diving suit consisted of (i) an external neoprene layer with air bubbles as additional insulation, and (ii) internal textile clothing to improve the insulation effect. Both layers were connected as a composite because the friction coefficient is very high. The core temperature should be constant and monitored during activity because a change in it is a sign of hypothermia. The internal textile layer contained textronic systems to transfer the medical parameters selected. The state variable is the temperature, whereas the design variables are the coordinates of the crucial points within the layers. Heat transfer is described by a state equation and set of boundary and initial conditions. The first-order sensitivities of an arbitrary behavioural functional are formulated and implemented into the optimality conditions of the problem. A simple numerical example of the optimisation of the thermal conditions is considered.

PL

Główny cel to optymalizacja warunków termicznych w ubiorze do nurkowania oraz polepszenie komfortu jego użytkownika. Mokry ubiór do nurkowania składa się z (i) zewnętrznej warstwy neoprenu z pęcherzykami powietrza jako dodatkową izolacją cieplną, (ii) wewnętrznego ubioru włókienniczego do polepszenia efektu izolacji cieplnej. Obie warstwy są połączone na zasadzie kompozytu, ponieważ współczynnik tarcia miedzy nimi jest bardzo duży. Temperatura ciała powinna być stała i monitorowana podczas aktywności, jej zmiana może być sygnałem hipotermii. Wewnętrzna warstwa materiału włókienniczego zawiera systemy tekstroniczne do transportu wybranych parametrów medycznych. Zmienna stanu to temperatura, zaś zmienne projektowania to współrzędne podstawowych punktów w każdej warstwie. Przewodzenie ciepła jest opisane za pomocą równania stanu oraz układu warunków brzegowych początkowych. Zostały sformułowane wrażliwości pierwszego rzędu dla dowolnego funkcjonału w postaci ogólnej, które dalej wprowadzono do warunków optymalności problemu. Został rozwiązany prosty przykład numeryczny optymalizacji warunków termicznych.

Słowa kluczowe

EN

composite diving suit; optimization; thermal conditions

PL

kompozytowy kombinezon do nurkowania; optymalizacja; warunki termiczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 19, no. 6 (89)
• Strony: 106--111
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykr.

Twórcy

autor

Korycki R.

• Poland, Łódź, Technical University of Łódź, Department of Technical Mechanics and Informatics

Bibliografia

• 1. US Navy Diving Manual, 6th revision. United States: US Naval Sea Systems Command. 2006. http:// www.supsalv.org/00c3_publications. asp?destPage=00c3&pageID=3.9. Retrieved 2008-04-24.Bialecki R.A., Solving the heat radiation problems using the boundary element method, Computational Mechanics Publications, Southampton and Boston, 1993.
• 2. Dems K., Mróz Z., Shape sensitivity in mixed Dirichlet-Neumann boundaryvalue problems and associated class of path-independent integrals, Eur. J. Mech. A/Solids, 14 (2), 169-203, 1995.
• 3. Dems K., Korycki R., Rousselet B., Application of first – and second-order sensitivities in domain optimization for steady conduction problem, J.Therm. Stress. 20, 697-728, 1997.
• 4. Fulton H.T., Welham W., Dwyer J.V., Dobbins R.F. (1952). “Preliminary Report on Protection Against Cold Water”. US Naval Experimental Diving Unit Technical Report NEDU-RR-5-52. http:// archive.rubicon-foundation.org/3387. Retrieved 2008-04-25.
• 5. Golański D., Terada K., Kikuchi N., Macro and micro scale modeling of thermal residual stresses in metal matrix composite surface layers by the homogenization method, Computational Mechanics, 19, 188-202, 1997.
• 6. Korycki R., Identification and optimal design of the shape of the heat conducting textile products and structures (in Polish), Scientific Bulletin of Lodz Technical University, 929, 2003.
• 7. Korycki R., Sensitivity analysis and shape optimisation for transient heat conduction with radiation, Int. J. Heat and Mass Transfer 49, 33-38, 2009.
• 8. Korycki R., Shape optimization in oppositely directed coupled diffusion within composite structures. Structural and Multidisciplinary Optimization, 39, 283- 296, 2009.
• 9. Li H.Y., Estimation of thermal parameters in combined conduction and radiation, Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.42, 3, 565-572, 1999.
• 10. Liang X.-G., Qu W., Effective thermal conductivity of gas-solid composite materials and the temperature difference effect at high temperature, Int. J. Heat Mass Transfer, vol.42, nr 11, 1885-1893, 1999.
• 11. Long W.B. 3rd, Edlich R.F., Winters K.L., Britt L.D., Cold injuries. J Long Term Eff Med Implants. 15(1), 67-78, 2005.
• 12. McCullough L., Arora S., Diagnosis and treatment of hypothermia. Am Fam Physician. 70(12), 2325-32, 2004.
• 13. Polderman K.H., Mechanisms of action, physiological effects, and complications of hypothermia. Crit Care Med., 37(7 Suppl), 186-202, 2009.
• 14. Sessler D.I., Thermoregulatory defense mechanisms. Crit Care Med. 37(7 Suppl), 203-10, 2009.
• 15. Więźlak W., Kobza W., Zieliński W., Słowikowska-Szymańska Z., Modeling of the microclimate formed by a singlelayer clothing material pack, Part 1, Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2, 49- 53, 1996.
• 16. Zarzycki R., Heat exchange and mass transfer in the environmental engineering (in Polish), WNT, Warsaw, 2005.