Численную модель для прогнозирования свойств нетканых материалов разработали в РГУ

Учёные Российского государственного университета (РГУ им. А. Н. Косыгина) разработали численную модель, позволяющую с высокой точностью прогнозировать воздухопроницаемость объёмных синтетических нетканых материалов. Объектом исследования стал нетканый материал «Холлофайбер» производства компании «Термопол».

Разработчики отмечают, что результаты работы открывают новые возможности для проектирования изделий с оптимальным сочетанием теплозащитных и гигиенических свойств.

«Воздухопроницаемость является ключевым параметром для любой утепляющей системы. С одной стороны, материал должен „дышать“, обеспечивая вывод испарений с поверхности тела. С другой — излишняя продуваемость снижает теплозащитный эффект, заставляя производителей увеличивать толщину слоя. Поиск этого баланса традиционно ведётся как эмпирически, так и путём многочисленных длительных и затратных лабораторных испытаний», — рассказали в «Термопол».

Коллектив авторов под руководством Уткина Н. Н. и Абрамова А. В. предложил альтернативный подход. Исследователи построили геометрическую 3D-модель структуры «Холлофайбера» с учётом хаотичного расположения волокон диаметром 0,015 мм и применили метод конечных элементов для решения уравнений Навье-Стокса, описывающих движение воздуха через пористую среду.

«Наша модель выступает в роли цифрового двойника реального материала. Мы можем визуализировать поля скоростей воздушных потоков внутри утеплителя, не разрезая его физически, и прогнозировать расход воздуха при любых заданных перепадах давления», — прокомментировали авторы работы.

Чтобы доказать эффективность разработки, учёные сравнили расчётные данные с результатами испытаний на стандартном приборе ВПТМ-2. Для перепада давления в 50 Па (стандартный режим тестирования) расчётный объёмный расход воздуха составил 312 дм³/ (м²·с), тогда как реальный физический образец показал значение 320 дм³/ (м²·с). Расхождение составило всего 8,6%, что признано допустимым и подтверждает высокую сходимость теоретической модели с практикой.

Разработанная численная модель позволяет инженерам и дизайнерам одежды прогнозировать поведение утеплителей «Холлофайбер» в различных эксплуатационных условиях без проведения дорогостоящих серийных испытаний.

Ожидается, что это ускорит создание одежды для активного отдыха, спецодежды и повседневной зимней экипировки, обеспечивая максимальный комфорт человека при любых погодных условиях.

Работа была представлена в рамках научных публикаций университета и вызвала интерес у профильных предприятий лёгкой промышленности, заинтересованных в цифровизации процессов контроля качества.