Study of Multilayer Clothing Thermal Insulation Using Thermography and the Finite Volume Method

• Autorzy: Puszkarz A. K. , Krucińska I.

Identyfikatory

DOI

10.5604/12303666.1221747

Warianty tytułu

PL

Badania termoizolacyjności odzieży wielowarstwowej za pomocą termografii oraz metody elementów skończonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article concerns the wide issue which is thermal comfort. In the paper investigations on the textile thermal insulation problem are presented. Materials tested were multi-layer systems with potential application in uniforms addressed to firefighters. Thermal insulation was tested both experimentally (using a thermal imaging camera) and by modelling (by means of simulations of heat transfer phenomena on 3-D models of real textiles). The materials investigated were constructed with the following raw materials: Kevlar, Nomex, ePTFE, PU and carbon fiber. Textiles with a comparable geometric structure and similar composition were tested for their thermal insulation. In the experimental part temperature, the change in specific constant ambient conditions was obtained using a thermal imaging camera. In the simulation part 3-D models of actual textiles were designed and the temperature change was calculated on the basis simulations of the real experiment performed . For each multi-layer system two models were designed, with varying degree of mapping the structure of the yarn in the fabrics. The main goal of the work was experimental verification of both models. As a result of the simulation performed on a model characterised by a more accurate mapping of the yarn structure, comparable results were obtained with experimental data and a strong relationship of thermal insulation textiles from the composition of raw materials and the geometric structure was confirmed.

PL

Artykuł dotyczy szeroko pojętego problemu jakim jest komfort cieplny. W pracy zostały przedstawione wyniki badań dotyczące termoizolacyjności tekstyliów. Przedmiotem analiz były układy wielowarstwowe (składające się z tkanin, włóknin i folii) o potencjalnym zastosowaniu w odzieży ochronnej przeznaczonej dla straży pożarnej. Termoizolacyjność materiałów została przebadana zarówno eksperymentalnie (za pomocą kamery termowizyjnej) jak i teoretycznie (w wyniku symulacji zjawiska transportu ciepła przeprowadzonych na trójwymiarowych modelach rzeczywistych tekstyliów). Przeanalizowane układy tekstylne (wykonane z następujących surowców: Kevlar, Nomex, ePTFE, PU, włókno węglowe) charakteryzowały się porównywalnym składem oraz strukturą geometryczną. W części eksperymentalnej dla wszystkich układów został wyznaczony gradient temperatury w ściśle określonych stałych warunkach otoczenia. W części teoretycznej gradient temperatury został obliczony na podstawie symulacji rzeczywistego eksperymentu. Dla każdego układu zostały zaprojektowane dwa modele, o różnym stopniu odwzorowania struktury przędzy w tkaninach. Głównym celem pracy była weryfikacja eksperymentalna obu modeli. W wyniku symulacji przeprowadzonych na modelu charakteryzującym się dokładniejszym odwzorowaniem struktury przędzy zostały otrzymane rezultaty porównywalne z danymi eksperymentalnymi i potwierdziły silny związek termoizolacyjności tekstyliów z ich składem surowcowym oraz strukturą geometryczną.

Słowa kluczowe

EN

fabric; simulation; heat transport phenomena; thermal insulation; modelling; thermography; finite volume method

PL

tkanina; symulacja; transport ciepła; izolacja termiczna; modelowanie; termografia; metoda objętości skończonych

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 24, no. 6 (120)
• Strony: 129--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Puszkarz A. K.

• Lodz University of Technology Faculty of Material Technologies and Textile Design Department of Material and Commodity Sciences and Textile Metrology Zeromskiego 116, 90-924 Lodz, Poland

autor

Krucińska I.

• Lodz University of Technology Faculty of Material Technologies and Textile Design Department of Material and Commodity Sciences and Textile Metrology Zeromskiego 116, 90-924 Lodz, Poland

Bibliografia

• 1. Qiong-Gong N, Tsu-Wei C. Closedform solutions of the in-plane effective thermal conductivities of woven-fabric composites. Composites Science and Technology 1995; 55: 41–48.
• 2. Yu H, Heider D and Advani S. Prediction of effective through-thickness thermal conductivity of woven fabric reinforced composites with embedded particles. Composite Structures 2015; 127: 132–40.
• 3. Yu H, Heider D, Advani S. Comparison of two finite element homogenization prediction approaches for through thickness thermal conductivity of particle embedded textile composite. Composite Structures 2015; 133: 719–726.
• 4. Liu Y and Hu H. Finite element analysis of compression behaviour of 3D spacer fabric structure. International Journal of Mechanical Sciences 2015; 94-95: 244–259.
• 5. Siddiqui M and Sun D. Finite element analysis of thermal conductivity and thermal resistance behaviour of woven fabric. Computational Materials Science 2013; 75: 45–51.
• 6. Pasupuleti R, Wang Y, Shabalin I, Li LY, Liu Z and Grove S. Modelling of moisture diffusion in multilayer woven fabric composites. Computational Materials Science 2011; 50: 1675–1680.
• 7. Zeng X, Endruweit A, Brown L P and Long A C. Numerical prediction of in plane permeability for multilayer woven fabrics with manufacture-induced deformation. Composites: Part A 2015; 77: 266–274.
• 8. Schuster J, Heider D, Sharp K and Glowania M. Thermal conductivities of three-dimensionally woven fabric composites. Composites Science and Technology 2008; 68: 2085–2091.
• 9. Zhu FL and Zhou Y. Modelling heat moisture transport through firefighters’ protective fabrics from an impinging flame jet by simulating the drying process. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2013; 21, 5(101): 85–90.
• 10. Rahnama M, Semnani D and Zarrebini M. Measurement of the moisture and heat transfer rate in light-weight nonwoven fabrics using an intelligent model. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2013; 21, 6(102): 89–94.
• 11. Angelova R A, de Bujanda Carasusán A M, Stankov P and Kyosov M. Numerical study of the effect of a natural convective boundary layer around the human body on the transfer of heat through a textile structure. Fibres and Textiles in Eastern Europe 2015; 23, 6(114): 131–137. DOI: 10.5604/12303666.1167431.
• 12. Puszkarz AK, Korycki R and Krucinska I. Simulations of heat transport phenomena in a three-dimensional model of knitted fabric. AUTEX Research Journal, DOI: 10.1515/aut-2015-0042 © AUTEX.
• 13. Puszkarz AK and Krucinska I. The study of knitted fabric thermal insulation using thermography and finite volume method. Textile Research Journal DOI: 10.1177/0040517516635999 (2016).
• 14. SolidWorks Flow Simulation – Technical Reference, 2014.
• 15. Urbańczyk GW. Fizyka włókna, Politechnika Łódzka, 2002
• 16. Włodarski G. Włókna chemiczne, WNT, Warszawa.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).