应急热防护织物有效导热系数分形模型
热防护专用服装温度分布模型

热防护专用服装温度分布模型为了更好地保护员工在高温环境下的安全和健康,热防护专用服装已经被广泛地应用于各种行业中。
随着科技的进步和经验的积累,设计和制造热防护服装变得更加精确和适用。
然而,对于有效的防护,需要更进一步的研究和理解。
主要问题之一是如何分析员工体内热交换的分布特性,以帮助优化热防护服装的设计。
对于这个问题,传统的方法是使用热电偶或传感器在身体表面上进行测量。
然而,这种方法不仅仅是不方便,而且往往只能提供有限的信息。
另一种方法是使用计算机模型来模拟热交换过程。
这种方法已经广泛应用于医学、生物力学和机械工程等领域。
在热防护服装中,模型可以帮助我们更好地理解员工体内的热分布情况,从而优化服装的设计。
一个有效的热防护服装温度分布模型应该包括以下几个方面:一、考虑身体组织结构身体内部的组织结构是不均匀的。
不同的组织具有不同的热导率和热容量,因此会对热量的流动产生不同的影响。
比如,皮肤层和脂肪层通常具有较低的热导率和热容量,而血管和肌肉组织则具有较高的热导率和热容量。
因此,任何热防护服装温度分布模型都应该考虑这些因素。
二、考虑热源和热传递途径身体内部的热源包括新陈代谢和运动。
此外,从外部环境中吸收的热量也可能对热交换产生影响。
在设计热防护服装的时候,需要考虑这些因素对温度分布的影响,并优化服装的设计以最大程度地减少热量的传递。
三、考虑外部环境的影响外部环境的温度和湿度将对热交换过程产生重要的影响。
热防护服装应该根据具体外部环境的条件进行调节,以最大限度地减少热量的吸收和传递。
四、考虑热防护服装的材料和结构热防护服装将直接接触员工的皮肤,因此材料和结构的选取将对热交换产生重要的影响。
通常,热防护服装的材料应该具有较低的热导率,较高的热容量和透气性。
此外,热防护服装的结构应该尽量减少热量的传递,同时保证员工的舒适性和可操作性。
总之,热防护专用服装温度分布模型是一项重要的技术,对于保障员工在高温环境下的安全和健康具有重要的意义。
热防护服防热性能的探究

热防护服防热性能的探究随着现代工业与科技的发展,多种高温场合中,热防护服的需求越来越大。
热防护服可以帮助工作人员在高温场合下保护自己的安全,避免因为高温而导致的伤害。
热防护服是一种重要的防护装备,其主要功能是在高温环境下保持人们的体温,同时提供舒适、耐用、安全和高效的保护。
但是对于热防护服来说,防热性能是其最重要的指标之一。
本文将探究热防护服的防热性能。
热防护服的防热性能主要包括以下几个指标:1.热传导率Lambda:热传导是指物体内部由高温向低温的传热过程。
其单位是W/(m·K),热传导率越小,热防护性能越好。
2.面料抗温度:热防护服所采用的面料,应具有较高的抗温度性能。
在高温环境下,面料应能够保持形状,不缩水、不溶解、不起毛、不破裂。
3.面料重量:重量过大的防护服会影响工作人员的操作,而过轻的材料可能又不能够满足防护要求。
因此,热防护服的重量要求适中。
随着新材料技术的发展,热防护服可以采用多种不同的防热材料。
在根据实际应用需要确定面料时,应考虑以下因素。
1.抗温度:面料必须能够承受高温,不破裂、熔融或失去体积。
2.抗磨损:防护服在使用期间,在高温下保护人员。
因此,面料必须具备一定的抗磨损性能,以免使防护服失效。
3.防火:面料应该具备足够的防火性能。
4.环保性:面料的生产过程及处理方式应该具备环保性,尤其是在工业高温热防护服的设计中。
综合以上几点,常见的热防护服面料包括:1.防火纤维面料:对于易燃物料处理及大型机械生产行业,防火纤维面料是一种比较常用的选择,它能够保证热防护服在高温下表现出优异的防火性能。
2.Kevlar面料:防护服一种轻型面料,也是比较流行的一种面料,它的优点在于结实耐用和阻燃。
3.金属丝复合面料:由于金属丝复合面料比较坚硬,不容易起毛、破裂、熔蚀等现象,因此防护服在设计时也可以采用这种面料。
热防护服的设计除了使用合适的防热材料外,热防护服的设计也十分重要,下面是热防护服设计所要考虑的环节。
热防护专用服装温度分布模型

热防护专用服装温度分布模型摘要:本文对热防护专用服装的温度分布进行研究。
温度分布视为时间和空间两个维度,我们将温度在时间上的分布划分为非稳态时和达到稳态后的两个状态,在空间上的分布按不同织物材料层划分为五个分布点。
首先我们基于傅里叶定律和热能守恒建立环境-服装-皮肤的热传递模型,通过有限差分算法将微分方程近似为差分方程,得到由内而外不同层之间温度的递推关系,最终求得温度分布。
关键词:热防护;专用服装;温度分布模型1 问题背景在消防及金属炼钢等行业中,工作人员常处于高温的环境,需要穿着专用的热防护服以避免灼伤。
防护服通常由I、II、III三层织物材料构成,其中 I 层与外界环境接触,III层与皮肤之间还存在空隙,将此空隙记为IV层,也就是空气层。
为了测试高温作业专用服装,学者通常进行暖体假人实验:将体内温度控制在37℃的假人放置在实验室的高温环境中,测量假人皮肤外侧的温度。
2 问题分析本文建立模型并计算温度分布。
其中溫度分布我们理解为温度在时间上的分布和空间上的分布,即温度在不同层和不同时间的分布。
时间分布分析:对于暖体假人实验中给出的假人皮肤外侧的温度随时间变化的数据,可以看出假人皮肤外侧的温度到1645s后稳定在48.08℃,假人皮肤外侧的热传递在此后达到稳态,即吸收的热能与散发的热能相等,且环境-防护服-人体热传递系统同时达到稳态,进而可以将温度分布在时间上分为两个状态:达到稳态前(非稳态)和达到稳态后,分别进行求解。
空间分布分析:根据傅里叶热传导公式,建立四层热防护服的热传递模型,我们已知最内层的温度时间分布变化,可根据热传递模型,从内向外,层层倒推,依次得到温度随层的变化。
对于非稳态和稳态热传递模型,我们可以采用有限差分法和有限元法进行处理。
3 模型的建立4 模型的求解我们采用有限差分法来解决系统的偏微分方程,首先划分网格,将时间划分为5400份,将厚度划分为75份,确定步长Δt和Δx。
防护服阻热性能关系详解

防护服阻热性能关系详解热防护服是各类防护服中应用最为广泛的品种之一,可以保护人体免受各种热的伤害,如对流热、传导热、辐射热等,它必须具有在高温下保护人体的功能,因此,它的热防护性能始终是人们关注的焦点。
用于热防护服的外层织物的热防护性能对于防护服的整体热防护性非常重要。
TPP值是织物对热辐射和热对流综合作用的热防护能力,它可以直接反映试样的热防护性能。
本文通过TPP实验测试,就织物燃烧前后质量损失、厚度、面密度与TPP值的关系进行了探讨。
1实验部分1.1材料选择13种可用作热防护服外层的织物。
织物成分、比例、组织结构、厚度及面密度等参数见表1。
1.2测试方法TPP实验已得到了ASTM、ISO及NFPA的认可。
这种测试方法是将试样水平放置在特定的热源上面,在规定距离内,热源以2种不同的传热形式———热对流和热辐射出现。
置于试样另一侧的铜片热流计可测量试样背面的温度。
要求火焰与试样直接接触,使到达织物表面的热流量达到84kWm2,用试样后面的铜片热流计测量其温升曲线并与Stoll标准曲线比较得到二级烧伤所需时间t2,并与暴露热能量q相乘得TPP值,其计算式为TPP=t2q(1)式中:q为规定辐射热流量(84kWm2);t2为引起二度烧伤所需要的时间,s。
采用CSI-206热防护性能测试仪,按NFPA1976标准测试TPP值。
试样尺寸为150mm×150mm。
对13种面料进行测试,总热流量为(83±4)kWm2,燃烧时间设为20s(根据经验设定)。
测定燃烧前后织物的质量,然后计算各试样的质量损失,计算公式为质量损失=(燃烧前质量-燃烧后质量)燃烧前质量×100%(2)2实验结果与分析2.1质量损失及织物参数与TPP值的关系13种试样的TPP实验结果见表2。
可以看出,除Nomex472外,其余各织物的TPP值都在10以上,热防护性最好的是预氧化纤维织物,TPP值达到了16.5,所以,除Nomex472外,其余织物都可考虑作为热防护服外层织物。
热防护服散热性的数学模型仿真

第32卷㊀第3期2024年3月现代纺织技术Advanced Textile TechnologyVol.32,No.3Mar.2024DOI :10.19398∕j.att.202306020热防护服散热性的数学模型仿真汪易平1,丁㊀颖1,于志财2,王㊀震1,徐丽慧1(1.上海工程技术大学纺织服装学院,上海㊀201620;2.武汉纺织大学纺织科学与工程学院,武汉㊀430200)㊀㊀摘㊀要:为了探求热防护服的散热规律和在高温环境中工作的极限,根据傅里叶热传导定律,用微元法和有效差分法建立了热防护服在高温条件下的 外界环境-织物层-皮肤 散热数学模型并进行仿真模拟,然后将穿着相同防护服的恒温假人放置在与数学模型中假设温度一致的实验室温度下进行实测,并采用DS18B20温度传感器测量出假人表面温度进行比对验证㊂结果表明:实测假人皮肤温度为43.71ħ,与模型仿真结果43.99ħ的误差仅为0.28ħ㊂研究结果说明建立的热传导散热模型具有较高准确度,能够对热防护服的散热防护效果进行仿真预测与合理评价,可为在较短的研发周期内设计散热效果更好的热防护服提供借鉴㊂关键词:散热模型;安全性;防护服;数学建模;仿真模拟中图分类号:TS941.7;TN305.94㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1009-265X(2024)03-0102-08收稿日期:20230619㊀网络出版日期:20231101基金项目:国家自然科学基金项目(51703123)作者简介:汪易平(1998 ),女,安徽池州人,硕士研究生,主要从事智能纺织品方面的研究㊂通信作者:丁颖,E-mail:tingying@㊀㊀近年来随着生产制造业的飞速发展,新工艺㊁新设备的大量采用,高温作业的劳动群体也日渐庞大㊂高温作业环境恶劣,尤其是环境温度过高会导致人体表面皮肤与高温接触而受到损伤㊂热防护服能够极大程度地保护处于高温环境下的工作人员㊂散热是热防护服设计和操作中需要考虑的重要因素,当前,对于散热性的评价主要是依靠大量的实验测试,重复性差且耗费成本巨大㊂因此,建立高温环境下热防护服的散热模型,对热防护服的散热防护效果进行仿真模拟和合理评价,可为在较短的研发周期内设计隔热效果更好的热防护服提供参考㊂对热防护服装散热性能的数学建模研究始于20世纪80年代,早期的研究普遍只着眼于织物层内部的热传递[1]㊂Torvi 等[2]提出了热防护服外层织物的传热模型㊂Mell 等[3]考虑了织物的热传导㊁热辐射,提出了多层织物层与层之间的反射㊂Mercer 等[4]建立了含有相变材料的多层织物的热传递模型㊂Sawcyn [5]使用ASTM D 4108实验装置在多层织物模型上分析了防护服和微气候区内部的热传递模型㊂随着模型的不断优化,从织物到皮肤的热传递模型也开始被建立㊂Song 等[6]基于PyroMan 暖体假人分析系统,建立了强热环境下防护服装㊁皮肤系统的热传递模型㊂Barry [7]建立了在强火焰暴露条件下热防护服装的热传递模型,发现织物属性以及空气层厚度对热传递的影响㊂但是外界环境㊁织物层与皮肤三者关系的热传递模型至今仍未建立㊂本文对热防护服在高温炎热情况下的热量传递进行研究,拟建立 外界环境-织物层-皮肤 的热传导散热模型,并用所建立的模型对假人皮肤层的温度进行预测,与实测温度进行比较分析㊂1㊀散热模型的建立1.1㊀热量传递的方式热量传递方式共有3种,分别是热传导㊁热对流和热辐射㊂传热可以以其中1种方式进行,也可以同时以2种或3种方式进行㊂热传导的产生是由于能量在相邻粒子之间进行传输㊂热对流发生在一个以一定流速流动的流体内,能量通过流动或输运进行传递;工程上比较常见流体流过一个物体并与其表面间产生热量传递,这种现象称为对流传热㊂物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射;物体会因各种原因发出辐射,其中因热而发出的辐射能现象称为热辐射㊂本文在建立模型时,结合热防护服的实际应用,主要考虑热传导和热对流这两种热传递形式,即高温外界环境与外层织物间的热对流和织物层与皮肤㊁织物层与织物层的热传导㊂1.2㊀散热模型的确定本文建立的织物层散热模型由4层构成,如图1所示㊂其中Ⅰ㊁Ⅱ㊁Ⅲ层分别为阻燃耐热层㊁防水透气层㊁接触皮肤层,Ⅲ层与皮肤之间还存在空隙空气,将此空隙记为Ⅳ层㊂Ⅰ层与外界环境接触,外层面料尽量选取阻燃隔热性能良好的材料,可以减少工作人员受到高温的威胁,缓解生理压力㊂由于高温作业的环境温度远高于正常人体温度,在这种环境条件下,正常通过环境散热的程度较低,唯一散热途径就是通过人体的蒸发散热,当防护服的透气性不能满足正常的生理需求,会使穿着对象产生疲劳和不舒适感受㊂防护服在保证服用性能基础上,应选取最佳的防水透气性材料作为Ⅱ层面料,为工作者提供了一个更加舒适的内环境㊂直接与人体接触的为舒适层Ⅲ,需要其具备良好的舒适性能与阻燃性能,最常用的面料是阻燃棉和阻燃黏胶[8]㊂舒适层面料能直接影响穿着者的生理感受,有研究表明,织物紧密度及厚度㊁紧密度直接影响面料的舒适性,紧密度及厚度㊁面密度越小的织物,透气性能越好[9]㊂表1为本文选用防护服各层材料的数据[10]㊂图1㊀散热模型的结构Fig.1㊀Structure of aheat dissipation model表1㊀防护服材料的参数值Tab.1㊀Parameter values of protective clothing materials层次密度∕(kg㊃m-3)比热容∕(J㊃kg-1㊃K-1)热传导率∕(W㊃m-1㊃K-1)厚度∕mm Ⅰ层300.0013770.0820.6Ⅱ层862.0021000.3700.6~25.0Ⅲ层74.2017260.045 3.6Ⅳ层 1.1810050.0280.6~6.4㊀㊀热量从外界环境向防护服传递时产生热传递现象,防护服内的热量转移的过程也属于热传递,构建如图2所示的坐标系,建立外界-织物层-皮肤的热传递数学模型㊂d1㊁d2㊁d3㊁d4分别为防护服Ⅰ层到Ⅳ层的介质区域厚度㊂外界的热量向防护服Ⅰ层传递时,传热的介质为空气,热量从外界环境传递到防护服Ⅰ层织物与外界的分界面时,以热对流的方式传递,必然同时伴有由于流体本身分子运动所产生的导热作用㊂在Ⅰ㊁Ⅱ㊁Ⅲ层织物中以热传导的形式进行热量传递[7]㊂热传导是由温差而引起的能量的转移,在任何时候,只要在某个介质中或者是两个介质之间有温差存在,便会发生传热现象[11-12],再通过热对流的方式从防护服Ⅲ层织物传递到空气层Ⅳ中㊂假定各层织物的初始温度应为室温26ħ,即T(χ,0)=26;外界环境温度为60ħ,即T0=60㊂图2㊀热量的传递示意图Fig.2㊀Schematic diagram of heat transfer㊃301㊃第3期汪易平等:热防护服散热性的数学模型仿真1.3㊀关于模型的几点假设模型需要针对问题的主要因素,忽略次要因素,使我们要解决的问题简化,使模型更合理化,所以针对该模型提出以下几点假设:a)假设热传递过程中织物材料的结构几乎不变,即它的密度㊁比热容㊁热导率㊁厚度等几乎不变㊂b)假设系统的热传递仅考虑热传导㊁热辐射和热对流,忽略水汽的影响,即不考虑湿传递㊂c)假设外界环境与防护服Ⅰ层㊁防护服Ⅰ层与防护服Ⅱ层㊁防护服Ⅱ层与防护服Ⅲ层㊁防护服Ⅲ层与防护服Ⅳ层以及防护服Ⅳ层与皮肤之间的温度变化都是连续的㊂d)假设织物材料无褶皱且其表面温度处处相同㊂e)假设假人可以承受实验中所达到的所有可能温度㊂2㊀关于织物散热的微分方程的建立与求解2.1㊀织物散热的微分方程的建立在给定时间和空间内,区域内织物温度随织物厚度的变化分布一般是空间坐标与时间的函数,设函数为u(t,x),即:u(t,x)=f(x,y,z,t)(1)式中:x㊁y㊁z分别表示三维坐标中的横轴㊁纵轴㊁竖轴;t表示时间,s㊂对于外界环境与防护服Ⅰ层的分界面,热量从外界以热对流的方式传递到防护服Ⅰ界面㊂对流传热常用热传导率k描述,单位为W∕(m㊃K),可根据傅里叶定律[13]计算:k=αS(T w-T x=0)(2)外界通过热对流传递的热量与界面Ⅰ吸收的热量相等,热量可以用Q来表示:㊀Q=kΔt=αS(T0-T|x=0)Δt=C1ρ1Sd1ΔT(t)(3)式中:α为对流传热系数,W∕(m2㊃K);S为传热面积,m2;T为温度,ħ,其中T0是外界环境温度为60ħ,T x=0为防护服Ⅰ层温度,即初始温度26ħ, t为时间,s,当外界环境为60ħ被温度为26ħ的防护服界面Ⅰ冷却时经过的时间Δt,s;ρ1㊁ρ2㊁ρ3㊁ρ4分别为防护服Ⅰ~Ⅳ的层织物的密度,kg∕m3;C1㊁C2㊁C3㊁C4分别为防护服Ⅰ~Ⅳ层织物的比热容, J∕(kg㊃K);d1㊁d2㊁d3㊁d4分别为防护服Ⅰ~Ⅳ层织物的厚度,mm㊂用微元法建立防护服散热系统的热量传递模型:微元[x,x+Δx]在时间段[t,t+Δt]内吸收的热量为:Q1=ʏx x+Δx cρ(u(t+Δt,x)-u(t,x))d x =ʏt t+Δtʏx x+Δx cρ u t d x d t(4)式中:c为织物的比热容,J∕(kg㊃K),ρ为织物的密度,kg∕m㊂根据傅里叶热传导定律[11-13]:Q2=ʏt t+Δt k(x+Δx)∂u∂x(t,x+Δx)-k(x)∂u∂x(t,x)()d t ㊀=ʏt t+Δtʏx x+Δx∂∂x k∂u∂x()d x d t(5)因为Q1=Q2,所以有ʏt t+Δtʏx x+Δx cρ∂u∂t d x d t=ʏt t+Δtʏx x+Δx∂∂x k∂u∂x()d x d t(6)在各防护服织物层之间的区间内成立㊂2.2㊀织物散热的微分方程的求解防护服织物界面的边界条件如下织物界面左边界的边界条件:-k1∂u∂x+k e u=k e u e(7)式中:k1为防护服第Ⅰ层的热传导率,W∕(m㊃K), k e代表外界环境与防护服第Ⅰ层之间的热传导率,W∕(m㊃K)㊂织物界面右边界的边界条件:k4∂u∂x+k s u=k s u s(8)式中:k4为第Ⅰ层的热传导率,W∕(m㊃K),k s代表第Ⅳ层与皮肤之间的热传导率,W∕(m㊃K)㊂交界面处的边界条件:k j∂u∂x()-=k j+1∂u∂x()+(9)由此建立的热防护服系统一维热量传递的偏微分方程模型:c jρj∂u∂t=∂∂x k j∂u∂x(),t>0,xɪ(l j-1,l j)(j=1,2,3,4)(10)当t=0时,u=u0㊂当x=l0,即外界环境与第Ⅰ层之间热传导:-k1∂u∂x+k e u=k e u e(11)当x=l4,即第Ⅳ层与皮肤之间热传导:㊃401㊃现代纺织技术第32卷k 4∂u∂x +k su =k s u s (12)当x =l j ,即三层织物之间的热传导:u -=u +,k j∂u∂x()-=k j +1∂u ∂x ()+,j =1,2,3.ìîíïïï(13)由以上一维热量传递模型的偏微分方程,在Matlab 软件中建立相关散热模型,通过有效差分法求解微分方程㊂得到防护服各分界面随着时间变化的温度分布图,如图3所示㊂从图3中可以看出:防护服最外层也就是左边界在59.52ħ时达到了稳定,防护服第Ⅱ层在59.11ħ时达到了稳定,防护服第Ⅲ层在58.2ħ时达到了稳定,防护服第Ⅳ层在53.72ħ时达到了稳定,皮肤层在43.71ħ达到了稳定㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图3㊀分界面温度随时间变化曲线Fig.3㊀Changes in the temperature of separatrixes with time㊃501㊃第3期汪易平等:热防护服散热性的数学模型仿真㊀㊀图4为防护服每层温度随厚度以及时间变化的三维分布图㊂随着防护服的厚度增加,皮肤温度会逐渐降低㊂图4㊀温度随时间㊁空间的变化曲线Fig.4㊀Temperature changes over time and space3 织物导热的微分方程的验证为测试散热模型,将体内温度控制在37ħ的假人穿上防护服放置在实验室的60ħ环境中,用温度传感器对假人温度信息进行采集,再转换为电信号在数码显示器上显示温度,如图5(a)显示㊂目前,在常用的温度的传感器当中,PT100温度传感器[14]和DS18B20温度传感器[15]的技术比较成熟,应用广泛,但DS18B20使用比PT100更方便,同时DS18B20具有直接输出不需要校正的数字温度值的特性,具有较强的抗压性能等显著优点,更适合于高温高压环境,在这里测试假人皮肤的温度传感器选取DS18B20温度传感器,如图5(b)所示㊂验证实验中采用型号为TS-18B20数字温度传感器,由DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成㊂工作电压为3.0~5.0V,测温范围为-55~125ħ,在-10~85ħ范围内误差为ʃ0.4ħ㊂最后通过数字信号输出温度结果㊂在验证使用中,如图6所示的实验环境图,使用了温度恒定为37ħ的假人,与仿真建模中相同的织物并控制其初始温度为26ħ,在温度恒定为60ħ的高温环境实验室中进行测温以验证相同初始室温下模型的精度㊂然后再改变室温到75ħ,观察实测数据趋势是否和模型一致㊂图5㊀温度显示器与传感器Fig.5㊀Temperature display andsensor图6㊀恒温假人和实验环境图Fig.6㊀Thermostatic dummy and experimentalenvironment diagram测得假人皮肤外侧在5400s 内的温度变化数据,如图7(a)所示,将数字信号数据导入Matlab 可视化,可以看出在与模型建立的相同初始室温60ħ下,通过温度传感器测得的假人皮肤温度达到43.99ħ并保持稳定㊂调整高温环境实验室温度为75ħ时测得假人皮肤外侧在5400s 内的温度变化数据㊂从图7(b)可以看出,假人温度最后稳定在48.08ħ㊂㊃601㊃现代纺织技术第32卷图7㊀假人皮肤温度随时间变化Fig.7㊀Dummy skin temperature changes with time 由Matlab软件建立的模型,在60ħ室温下测出的假人皮肤温度为43.71ħ㊂由温度传感器DS18B20测得的假人皮肤温度是43.99ħ㊂两者进行对比,误差在0.5ħ㊂调整室温为75ħ后,温度变化趋势与模型几乎一致,可以得出所建立的模型准确性较高㊂从是否考虑湿传递的角度,热防护服装的数学模型主要分为干燥模型和热湿耦合模型㊂结合建立模型的假设,本文采用的均为干燥模型㊂没有考虑织物内部的水分(包括汗水和水蒸气等),主要研究外部的辐射热量,织物相关物理学性质,织物层与层之间和织物与皮肤之间空气层的厚度等对防护性能的影响㊂热湿耦合模型认为织物内部水分主要来源于人体汗液和织物自身所含的水分[16-19]㊂Lawson 等[20]研究了多层织物组合状态下的瞬时状况下热湿传递模型,并且考虑热防护服装内部各层之间的辐射传热,同时分析了初始含水量的影响,模型中含有随着含水量变化而变化的物理参数,发现水分也会影响到整个热传递过程㊂由此总结出未考虑湿传递是误差存在的主要原因㊂但是当模拟外界室温和高温实验室室温均为60ħ时,误差仅为0.28ħ,且调整实验室室温到75ħ,稳定后的温度也仅升高到48.08ħ㊂本研究建立的模型基于热传递干燥模型,高温下,湿传递是人体散热的主要方式之一㊂理论上,不考虑湿传递会造成较大误差,但实验较仿真的误差较小,主要原因是湿传递主要依靠人体汗液的蒸发,实验用恒温假人并没有人体的相同条件,所以使用干燥模型更为合理㊂4㊀结㊀论本文为了探求高温环境下热防护服的散热规律,实现对热防护服隔热效果的预测与合理评价㊂根据傅里叶热传导定律,通过微元法与有效差分法建立了热防护服在高温环境下的 外界-织物层-皮肤 的散热数学模型,并通过假人实验进行验证分析㊂验证实验中假人皮肤温度为43.71ħ,数学散热模型仿真结果为43.99ħ,误差仅为0.28ħ㊂研究发现随着热防护服的厚度增加,皮肤温度会逐渐降低,空气层有明显的降温散热作用㊂模型仿真结果与实测结果误差较小说明建立的散热数学模型准确度较高,对热防护服的散热防护效果合理评价有借鉴意义㊂参考文献:[1]朱荣桂,赵晓明.消防服的研究现状及发展趋势[J].成都纺织高等专科学校学报,2016,33(3):214-218. 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热防护专用服装温度分布模型

热防护专用服装温度分布模型【摘要】本研究旨在建立热防护专用服装温度分布模型,采用数值模拟方法对其进行验证与优化,并探讨影响因素。
通过实验结果分析,提出了热防护专用服装设计的建议。
研究结果表明,该模型具有较高的有效性,为热防护专用服装的设计与优化提供了参考依据。
未来的研究方向包括进一步优化模型,探索更多影响因素,并不断完善热防护专用服装的设计。
总结本研究为热防护领域的发展提供了重要的理论基础和实践指导,有助于提高热环境下工作人员的舒适度和安全性,具有重要的研究意义和应用价值。
【关键词】热防护专用服装、温度分布模型、研究背景、目的、研究意义、建立模型、验证与优化、设计、实验结果、分析、影响因素、有效性、未来研究、总结。
1. 引言1.1 研究背景目前,针对热防护专用服装的温度分布模型研究还比较有限。
现有的研究大多集中在热流动特性和热传导性能方面,对于服装内部的温度分布情况缺乏深入的研究。
建立一个准确可靠的温度分布模型,对于改进热防护专用服装的设计和性能优化具有重要意义。
本研究旨在通过对热防护专用服装的温度分布进行模拟和分析,探讨服装内部温度分布的规律及影响因素,为设计和选择热防护专用服装提供科学依据。
通过本研究,我们希望能够为热防护领域的研究和应用提供新的思路和方法。
1.2 目的文章的目的是为了建立热防护专用服装温度分布模型,通过对模型的验证和优化,提高服装的保护效果。
我们希望通过实验结果的分析和影响因素的探讨,为热防护专用服装的设计提供科学依据。
通过本研究,我们旨在验证热防护专用服装温度分布模型的有效性,为未来研究提供展望,并总结出研究的重要发现和结论。
通过这些工作,我们希望能够为热防护专用服装的研究和应用提供有益的参考,提高人们在高温环境下的舒适度和安全性。
1.3 研究意义热防护专用服装是在高温环境下工作时必不可少的防护装备,而正确的穿戴热防护专用服装可以有效减少人体受到的热量影响,保护工作者的安全和健康。
多层热防护服装的热传递模型及参数最优决定

多层热防护服装的热传递模型及参数最优决定一、本文概述随着现代工业技术的快速发展,高温环境作业已成为许多行业不可避免的工作场景。
因此,对高温防护服装的研究显得尤为重要。
多层热防护服装作为一种有效的个人防护装备,在保护工作人员免受高温伤害方面起着至关重要的作用。
本文旨在深入探讨多层热防护服装的热传递模型,并通过参数优化决定,为高温防护服装的设计和优化提供理论支持和实践指导。
本文将首先介绍多层热防护服装的基本原理和构造,包括各层材料的热学性能和结构特点。
在此基础上,将详细阐述热传递模型的理论框架,包括热传导、热对流和热辐射等基本传热方式在多层结构中的综合作用。
通过构建热传递模型,可以更准确地预测多层热防护服装在不同高温环境下的热防护性能。
接下来,本文将探讨多层热防护服装参数的最优决定方法。
通过对影响服装热防护性能的关键因素进行分析,如材料导热系数、服装厚度、服装层数等,我们将建立参数优化模型,以寻求在给定条件下最佳的服装设计方案。
通过参数优化,可以进一步提高多层热防护服装的热防护效果,降低高温环境对工作人员的潜在威胁。
本文将总结多层热防护服装热传递模型及参数最优决定的研究意义和应用前景。
随着科技的不断进步,多层热防护服装的性能将不断优化,为保障高温环境作业人员的安全和健康发挥更加重要的作用。
本文的研究成果将为相关领域的科研人员和企业提供有益的参考和借鉴,推动多层热防护服装技术的持续发展和创新。
二、多层热防护服装的热传递模型多层热防护服装的设计初衷在于通过多层次的材料结构来抵抗外界热源的侵害,保护穿着者免受高温环境的伤害。
为了深入理解这种防护机制,需要构建一个能够准确描述多层热防护服装内部热传递过程的数学模型。
在构建模型时,我们首先需要考虑服装各层材料的热传导性能,包括导热系数、热容和密度等参数。
这些参数将直接影响热量在材料间的传递效率。
我们还需要考虑服装层间的接触热阻,这是由于层间空气和不完全接触导致的热传递阻碍。
应用三层热防护服热传递改进模型的皮肤烧伤度预测

应用三层热防护服热传递改进模型的皮肤烧伤度预测一、本文概述随着工业技术的快速发展,高温环境下的作业越来越普遍,这无疑增加了工作人员遭受皮肤烧伤的风险。
传统的热防护服虽然在一定程度上能够降低这种风险,但由于其设计往往基于经验而非科学模型,因此其防护效果往往难以达到预期。
针对这一问题,本文提出了一种应用三层热防护服热传递改进模型的皮肤烧伤度预测方法。
该模型基于热传递理论,通过对热防护服各层材料的热传递性能进行深入研究,构建了一个能够准确预测皮肤烧伤度的数学模型。
这一模型不仅可以用于优化热防护服的设计,提高其在高温环境下的防护效果,还可以为相关行业的安全生产提供有力保障。
本文首先介绍了三层热防护服的基本原理和结构,然后详细阐述了热传递改进模型的建立过程,最后通过实验验证了模型的准确性和有效性。
希望通过本文的研究,能够为热防护服的设计和生产提供新的思路和方法,进一步降低高温环境下工作人员的皮肤烧伤风险。
二、三层热防护服热传递模型的建立随着工业的发展,高温环境作业变得日益普遍,热防护服在保护作业人员免受高温伤害方面发挥着重要作用。
然而,传统的热防护服设计往往基于单层或多层材料的热阻性能,缺乏对实际热传递过程的全面考虑。
因此,本文旨在建立一种三层热防护服热传递模型,以更准确地预测皮肤烧伤度。
该模型基于热传导、热对流和热辐射三种基本传热方式,综合考虑了防护服各层材料的热物性、服装结构、环境温度、湿度以及人体活动等因素。
模型将防护服分为内层、中层和外层,每层材料都具有不同的热阻、热容和导热系数等热物性参数。
同时,模型还考虑了服装结构对热传递的影响,如缝合处、袖口和领口等部位的热量泄漏。
在模型建立过程中,我们采用了有限差分法、有限元法等数值计算方法,对热传递过程进行离散化处理,并通过迭代计算求解各层材料的温度分布和热量传递情况。
同时,我们还结合了实验数据,对模型进行了验证和修正,以确保其准确性和可靠性。
通过该模型的建立,我们可以更全面地了解三层热防护服在实际使用过程中的热传递情况,为优化防护服设计、提高防护性能提供科学依据。
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摘 要
运 用 分 形 理 论 对 应 急 热 防护 织 物 的 内 部 微 结 构 进 行 分 析 研 究 , 果 表 明分 形 维 数 与 纤 维 体 积 分 数 是 影 响 结
热 防 护 织 物 传 热 的 2个 重 要 参 数 。 根 据 等 效 热 阻 法 建 立 预 测 高 温 下 热 防 护 织 物 有 效 导 热 系 数 的 分 形 模 型 , 出 基 求 于 分 形 理论 的 热 防 护 织 物 的 有 效 导 热 系 数表 达式 , 得 理 论 结 果 与 实 验 值 保 持 良 好 的 ~ 致 性 , 时 合 理 反 映 出 高 所 同 温 热 辐 射 在 织 物 传 热 中 的重 要 作 用 。
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第2 9卷 第 6 期 20 0 8年 6月 文章 编 号 : 5.7 120 )603—5 0 392 【080 . 90 2 0
纺 织 学 报
J u n l f e t e R s ac o r a o xi e e r h T l
VO . 9 NO. 12 6
J n. 2 0 u 08
应 急 热 防 护 织 物 有 效 导 热 系 数 分 形 模 型
朱 方龙 ,张 渭 源
(. 1 中原 工学 院 服 装 设 计 与 工 程 系 , 河南 郑 州 400 ; . 华 大 学 服 装 学 院 , 507 2 东 上海 20 5 ) 00 1
2 F h nIst e og n n e ,S a g a 2 0 5 ,C i ) . a i tu ,D n h U i r s o n it a vs hnh i 00 1 h a n
Ab t a t Mim sr cu e o h r lp oe tv a i s w s iv siae a e n fa t h oy. I wa o n sr c c tu t r fte ma rtcie fbr a n e tg td b sd o rca te r c l t sfu d t a h fa tl i n in a d v lme fa t n o i e maei la e t i otn p rmees afci g h a h tt e rca d me so n ou r ci f fb r o tra r wo mp ra t a a tr fe tn e t c n u to o d cin.A rca d lfrefcie t e ma o d c ii fte ma oe tv a rc th g e e au e fa t mo e o fe t h r lc n u t t o h r lprtcie fb s a ih tmp rt r l v v y i
wa e eo e c o dn o t e e u v ln e t e itn e , a d n x rsie fr ua f ef cie te a sd v lp d a c r i g t h q iae t h a rssa c s n a e p e sv o m l o f t h r l e v m c n u tvt ft e te ma rtcie fb c b s d o rca h o S d rv d.rh e ut rd ce t h o d cii o h h r lp oe tv a r a e n fa t te r i e e y i l y i r e rs l p e itd wi t e s h
应 急热 防护 织物 属于 多重 复合 、 多孔 介质 材料 ,
其 内部 热 量 传 递 是 一 个 非 常 复 杂 的 过 程 。在 理 论 研
际孔 隙 分布 不规 则 的多孔 介 质 来 说 , 些 有 效 导热 这 系数计 算式 会 出 现 较 大 的误 差 。另 外 , 防 护 织 物 热
关 键 词 热 防护 织 物 ; 效 导 热 系 数 ; 形 理 论 ;模 型 有 分
中 图分 类 号 :S1 193 T 0 .2
文献标识码 : A
Fr c a o e o fe tv h r a o d c i i a t lm d lf r e f c i e t e m lc n u tv t y
mo e r n g o g e me twi x e me t aa. I as e e l t ei o tn fe to h r a a it n o d la ei o d a re n t e p r n a d t h i l t lo r v as h mp ra tefc ft e m lrd ai n o h a rn f ri a rc. e tta se n fb i K e r s t e a rt cie fbrc;efcie t e a o d cii y wo d h r lp oe t a i m v fe tv h r lc n u tvt fa t lt oy; mo e m y; rca he r dl
o m e g nc he m a r t c i e f b is f e r e y t r lp o e tv a rc
ZHU a g aho s n ad E gneig,Z o g u n U i rt eh oo y,Z egh u,Hea 4 0 0 1 F sinDei n n ier g n h n y a nv syo cn lg e i fT hn zo n n 5 0 7,C ia; hn