توصيفگر ها :
رسانايي حرارتي , مقاومت حرارتي , شبيهسازي عددي , كرك و پر , كاپشن
چكيده فارسي :
انسان در طول تاريخ همواره براي زيستن در شرايط سرد با چالش حفظ گرماي بدن مواجه بوده و به همين دليل طراحي و توليد پوشاك عايق حرارتي به يكي از نيازهاي اساسي زندگي در اقليمهاي سرد تبديل شده است. كاپشنهاي زمستاني با ايجاد حبس هوا در ساختار خود، نقش مهمي در كاهش اتلاف حرارت ايفا ميكنند و كرك پرندگان به دليل نسبت مطلوب عايق بودن به وزن، از كارآمدترين اجزاي اين پوشاك به شمار ميروند. باوجود كاربرد گسترده اين مواد، رفتار حرارتي آنها تحتتأثير مجموعهاي از عوامل ساختاري و محيطي است كه بررسي نظاممند آن براي بهبود طراحي و عملكرد محصول ضروري است. در اين پژوهش، عملكرد حرارتي نمونههاي حاوي كرك و پر در ساختار كاپشنهاي زمستاني باهدف تحليل اثر عوامل مؤثر و توسعه درك كمي از نحوه انتقال حرارت موردمطالعه قرار گرفت. ارزيابيها با استفاده از دستگاه شبيهساز پوست، دستگاه تاگمتر و مدلسازي عددي در محيط نرمافزار كامسول انجام شد. نمونهها تحت شرايط كنترلشده و با تغيير پارامترهاي كليدي شامل جرم واحد سطح، درصد تركيب كرك و پر، نوع پارچه محفظه، فاصله دوختها و وضعيت نمونه در حالت خشك و خيس مورد تحليل قرار گرفتند. نتايج نشان داد با افزايش جرم واحد سطح، تفاوت معنيداري بين رسانايي حرارتي نمونهها مشاهده نشد و مقدار رسانايي حرارتي موثر در محدوده 0٫0398 تا 0٫0417 وات بر متر كلوين قرار گرفت. همچنين افزايش جرم واحد سطح سبب افزايش ضخامت و در نتيجه افزايش مقاومت حرارتي ميشود و مقاومت حرارتي نمونهها در محدوده 0٫371 تا 1٫067 متر مربع كلوين بر وات قرار گرفت. درصد كرك و پرهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت كه مشاهده شد درصد كرك بيشتر بهتنهايي تضمينكننده عملكرد بهتر نيست و قدرت پركنندگي نيز بايد در نظر گرفته شود كه با افزايش درصد كرك از 60 به 80 درصد تاثير معني داري بر عملكرد حرارتي نمونهها مشاهده نشد و قدرت پركنندگي آنها زير 500 اينچ مكعب بر اونس و نزديك به يكديگر داشتند. نوع پارچه رويي در وزنهاي پايينتر تأثير بيشتري بر عملكرد حرارتي دارد. علاوه براين بررسي نمونهها در شرايط خيس سبب كاهش ضخامت مجموعه شد و رسانايي حرارتي به طور محسوسي افزايش يافت؛ اما پس از خشكشدن و يكنواختسازي، ويژگيهاي اوليه تا حد زيادي بازيابي ميشود. مقايسه نتايج تجربي و مدلسازي عددي نشان داد كه مدل ارائهشده توانايي پيشبيني قابلقبول رفتار حرارتي نمونهها را دارد و اختلاف بين نتايج شبيهسازي و آزمايش در سطح قابلقبول مهندسي قرار گرفت. اين پژوهش نشان ميدهد كه عملكرد حرارتي كاپشنهاي حاوي كرك زماني بهينه ميشود كه ميان وزن واحد سطح، كيفيت كرك، ويژگيهاي پارچه محفظه و هندسه دوختها تعادل مناسبي برقرار شود. براي جرم واحدسطح پايين فاصله دوخت هاي نزديك بين 7 تا 10 سانتيمتر با درصد كرك بيشتر در نظر گرفته شود و براي جرم واحد سطحهاي بالا، فاصله دوخت بين 13 تا 20 سانتيمتر در نظر گرفته شود و هنگاميكه مقدار كرك و پر از 175 گرم بر متر مربع بيشتر شود، روند افزايش مقاومت حرارتي، كمتر ميشود.
چكيده انگليسي :
humans have faced the challenge of maintaining body heat in cold environments; consequently, the design and production of thermally insulating clothing have become a fundamental necessity for life in cold climates. Winter jackets reduce heat loss primarily by trapping air within their structure, and bird down, owing to its favorable insulation-to-weight ratio, is among the most efficient insulating materials used in such garments. Despite its widespread application, the thermal behavior of down-filled systems is influenced by a combination of structural and environmental factors, the systematic investigation of which is essential for improving product design and performance. In this study, the thermal perfor-mance of winter jacket assemblies containing down and feathers was investigated with the aim of ana-lyzing the influence of key parameters and developing a quantitative understanding of heat transfer mechanisms. Experimental evaluations were conducted using a skin model simulator, a Togmeter, and numerical modeling performed in the COMSOL Multiphysics environment. Samples were analyzed under controlled conditions while varying critical parameters, including mass per unit area, down-to-feather ratio, shell fabric type, stitch spacing, and moisture condition (dry and wet states). The results indicated that increasing mass per unit area did not lead to a statistically significant difference in ther-mal conductivity, with effective thermal conductivity values ranging from 0.0398 to 0.0417 W·m⁻¹·K⁻¹. However, increasing mass per unit area led to greater thickness and, consequently, higher thermal re-sistance, which ranged from 0.371 to 1.067 m²·K·W⁻¹. Analysis of different down and feather ratios revealed that a higher down percentage alone does not guarantee superior thermal performance; fill power must also be considered. Increasing the down content from 60% to 80% did not produce a sig-nificant improvement in thermal performance, as all samples exhibited similar fill power values below 500 in³·oz⁻¹. The shell fabric type was found to have a more pronounced effect on thermal performance at lower mass per unit area. Furthermore, testing under wet conditions resulted in a reduction in assem-bly thickness and a noticeable increase in thermal conductivity; however, after drying and homogeni-zation, the initial thermal properties were largely restored. A comparison between experimental data and numerical simulations demonstrated that the proposed model can predict the thermal behavior of the samples with acceptable accuracy, with discrepancies remaining within engineering tolerance lim-its. Overall, the findings indicate that the thermal performance of down-filled winter jackets is opti-mized by achieving an appropriate balance among mass per unit area, down quality, shell fabric char-acteristics, and stitch geometry. For low mass per unit area, closer stitch spacing (7–10 cm) combined with a higher down percentage is recommended, whereas for higher mass per unit area, stitch spacing between 13 and 20 cm is more effective. Additionally, when the down-and-feather content exceeds 175 g·m⁻², the rate of increase in thermal resistance diminishes.