消防服衣下空气层热传递机制研究进展
低辐射强度条件下消防战斗服内部热湿传递机理
低辐射强度条件下消防战斗服内部热湿传递机理汇报人：日期:消防战斗服性能的不足亟待解决的技术问题提高消防战斗服的性能01保障消防员的生命安全02推动相关领域的发展03国内消防战斗服材料研究01消防战斗服内部热湿传递模型02实验研究031 2 3国外消防战斗服材料研究消防战斗服内部热湿传递机制实验研究发展趋势新型材料的研发多场耦合效应研究智能化监控系统01020304数值模拟系统分析实验测试1. 实验测试获取不同条件下的消防战斗服内部温度、湿度等参数。
2. 数值模拟建立消防战斗服内部热湿传递模型，模拟不同条件下的热湿传递过程。
3. 系统分析分析消防战斗服内部传热传湿机制，探讨不同环境条件对热湿传递的影响。
4. 模型验证对比实验结果和数值模拟结果，验证模型的准确性。
技术路线通过实验测试，验证模型的准确性。
将模型预测结果与实验数据进行对比，评估模型的误差。
根据实验结果对模型进行修正，提高模型的预测能力。
优点缺点模型的优缺点分析热湿传递对隔热性能的影响在低辐射强度条件下，消防战斗服内部的热湿传递会影响隔热性能。
当热量通过服装材料传递到皮肤时，会受到阻碍并减缓热流速，从而减少热量的传递。
然而，当热湿传递增加时，隔热性能会降低，导致皮肤温度升高。
材料选择对隔热性能的影响消防战斗服通常由多层材料组成，包括隔热层、防水层和外层等。
隔热层的材料选择对隔热性能至关重要。
一些常见的隔热材料包括羽绒、羊毛和聚酯纤维等，它们具有较好的保温效果和隔热性能。
对隔热性能的影响热湿传递对防水性能的影响透湿性能的定义透湿性能是指水蒸气透过服装材料的难易程度。
在低辐射强度条件下，透湿性能对于消防战斗服的舒适度和性能至关重要。
透湿性能取决于材料的选择和结构设计。
透湿性能的影响因素透湿性能受到多种因素的影响，包括辐射强度、湿度、气流速度和材料特性等。
在低辐射强度条件下，这些因素会相互作用并影响透湿性能。
例如，当辐射强度较低时，气流速度和湿度对透湿性能的影响会更加显著。
消防员灭火防护服及内衣服装的保暖性能研究
备、抗震救灾、效能评估等工作，
陕西省西安市未央区三桥
evaluation of earthquake reliefequipment basing on the goal of
武警路 1 号，
710086。
“Integration of on- war and off- war, versatile with strong capability, fast respond with high- efficient rescue”, considering the
2
冬季北方消防员服装的保暖性能改进研究
近年来 ，随着功能纤维材料的研发和新型结构的设
计 ，服装的保暖性能得到了很大的提升。在纤维材料方
面，
与间位芳纶纤维材料 0.045 W/m·K 的导热系数相比，
聚酰亚胺纤维的 0.035 W/m·K 导热系数更低 ，则相同厚
度情况下的热阻和克罗值更高。如 0.001 m 厚度的芳纶
以北地区
黑龙江的漠河、
海拉尔、
嫩江和新疆的阿勒泰
6.5 clo≈1.008
m 2·K/W
吉林的长春、
辽宁的沈阳、
内蒙古的二连浩特
哈尔滨以南、
和呼和浩特、
西藏的那曲、
青海的五道梁和格 5.7 clo≈0.884
张家口
尔木以及新疆的乌鲁木齐、
哈密、
m 2·K/W
以北地区
阿勒泰、
伊宁
河北的张家口、
山西的太原、
表征。为了保证不同地区户外人员正常运动时的身体热
量平衡，
《劳动防护服 防寒保暖要求》和相关文献针对不同
地区提出了差异化的保暖性能需求 ，
即消防员在户外进行
服装衣下空气层热传递性能研究进展
服装衣下空气层热传递性能研究进展一、本文概述服装衣下空气层热传递性能研究是服装科学和人体热舒适领域的重要研究方向。
随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们对于服装的舒适性和功能性需求日益增加。
服装衣下空气层作为人体与外部环境之间的热交换媒介，其热传递性能直接影响到人体的热舒适感受。
因此，深入了解和研究服装衣下空气层的热传递性能，对于提高服装的穿着舒适性、设计更加合理的服装结构以及优化服装的保暖和散热性能具有重要的理论和实践意义。
本文综述了近年来关于服装衣下空气层热传递性能的研究进展，包括衣下空气层的形成机理、热传递机制、影响因素以及测试和评价方法等方面。
通过对相关文献的梳理和分析，本文旨在总结当前研究的热点和难点，探讨未来的研究方向和趋势，以期为服装设计和人体热舒适研究提供有益的参考和借鉴。
在接下来的章节中，本文将详细介绍衣下空气层的形成过程和热传递机制，分析影响其热传递性能的主要因素，如服装材料、服装结构、环境条件以及人体活动等。
本文还将介绍现有的衣下空气层热传递性能测试和评价方法，以及它们在实际应用中的优缺点。
本文将对未来的研究方向和趋势进行展望，以期推动服装衣下空气层热传递性能研究的深入发展。
二、衣下空气层的形成机制衣下空气层的形成机制是一个复杂的过程，涉及多个物理因素之间的相互作用。
当人体穿着服装时，由于人体表面和服装内表面之间的温差，会在接触面产生热交换。
这种热交换导致人体表面的热量传递到服装内表面，服装内表面也会向周围环境释放热量。
由于人体表面的温度通常高于周围环境，这种温差促使空气在服装与人体之间形成一层热空气层。
服装材料的物理特性，如纤维结构、透气性和热阻等，对衣下空气层的形成也有显著影响。
例如，高透气性的服装材料允许更多的空气流动，从而在服装与人体之间形成较厚的空气层。
而热阻较高的服装材料则能减缓热量传递，使衣下空气层保持较高的温度。
人体活动水平也是影响衣下空气层形成的重要因素。
热湿舒适性防火服的研究进展及展望
热湿舒适性防火服的研究进展及展望热湿舒适性防火服是一种特殊的防护服，用于保护人们免受火灾等高温环境中的伤害。
在过去的几十年里，研究人员对热湿舒适性防火服进行了广泛的研究，并取得了一些重要的进展。
这些进展包括材料的改良、设计的改进以及人体适应性的研究等方面。
材料的改良是提高热湿舒适性防火服性能的重要途径之一。
研究人员通过改变防火服的材料成分和结构，以提高其热传导性能和透气性能。
一些新型的防火服材料具有较高的热阻和较好的透气性能，能够在高温环境中保持人体的舒适度。
一些研究还注重提高防火服的抗水性能，以保持其防护功能。
设计的改进也是研究热湿舒适性防火服的重要方向之一。
传统的防火服在设计上存在一些不足之处，如不合理的口袋设计、过大的尺寸和缺乏人体工程学的考虑等。
为了提高防火服的使用舒适度，研究人员通过改进设计，如增加通风口、优化口袋位置和尺寸等，来提高防火服的舒适性。
一些研究还尝试使用智能材料和传感器等技术，以实现防火服的自适应调节，自动感知人体的需求并进行相应的调节。
人体适应性的研究对于提高热湿舒适性防火服的性能也是至关重要的。
研究人员通过对人体在高温环境中的生理反应的观察和测量，了解人体对高温环境的适应能力，并通过研究人体与防火服的耦合关系，优化防火服的设计和材料选择。
研究人员还通过对人体与防火服之间的热传递机理的研究，开发出相应的热湿舒适性评价指标，以评估防火服的性能。
展望未来，研究热湿舒适性防火服的重点将更加注重以下几个方面的研究。
研究人员将继续改进防火服材料的性能，以提高其热阻、透气性和抗水性能，并探索新型材料的应用。
研究人员将注重改进防火服的设计，以提高其使用舒适度和人体适应性。
随着智能材料和传感器技术的发展，防火服将更加智能化，能够自动感知人体的需求并进行相应的调节。
研究人员将继续深入研究人体与防火服之间的耦合关系和热传递机理，以提高防火服的性能和适应性。
基于傅里叶定律的高温服装设计中热传递模型的研究
基于傅里叶定律的高温服装设计中热传递模型的研究高温环境下的服装设计一直是一个备受关注的话题。
在这样的环境下，人体容易受到高温的影响，从而导致体温过热、皮肤灼伤等问题。
设计一种适合高温环境的服装对于人们的健康和工作效率具有重要意义。
本文将基于傅里叶定律，对高温服装设计中的热传递模型进行研究，以期能够为高温环境下的服装设计提供一些参考和指导。
傅里叶定律是热传导定律之一，它描述了热量在一维稳态传导过程中的分布规律。
根据傅里叶定律，热传导的速率与温度场的梯度成正比，这意味着温度梯度越大，热传导速率就越大。
在高温环境下，人体会不断地产生热量，而周围的环境会不断地带走这些热量。
设计一种高温服装必须要考虑到热传递的机制，以确保人体不会受到过多的热量影响。
我们来分析一下高温环境下的热传递模型。
在高温环境下，人体会通过出汗等方式来散发热量，而周围的环境则会通过对流、辐射等方式来带走热量。
我们可以将高温服装的热传递模型分为两部分：一部分是人体和服装之间的热传递，另一部分是服装和周围环境之间的热传递。
人体和服装之间的热传递通过汗液的蒸发来实现。
汗液的蒸发需要消耗大量的热量，这样可以有效地降低人体的温度。
设计一种高温服装必须要考虑到汗液的蒸发速率，以确保人体能够及时地散发热量。
为了提高汗液的蒸发速率，可以在服装上加工一些透气的材料，以增加汗液的蒸发表面积，从而提高汗液的蒸发速率。
服装和周围环境之间的热传递通过对流、辐射等方式来实现。
对流是空气或水等流体与物体表面接触时，通过流动带走热量的过程。
辐射则是指物体表面发射的热辐射能量。
在设计高温服装时，可以在服装表面加工一些高反射率的材料，以减少来自周围环境的热辐射。
还可以在服装内部设计一些通风孔和散热片，以增加对流的效果，从而提高热量的散发速率。
高温服装的设计必须要考虑到热传递的机制，以确保人体能够在高温环境下保持适宜的体温。
在设计过程中，可以通过傅里叶定律来分析热传递的规律，从而提出一些有效的设计方案。
灭火消防服热防护性能的研究进展
为了提高灭火消防服的热防护性能与舒适 性 ，目 前 灭 火 消 防 服 主 要 采 用 四 层 结 构 ，即 外 层 、 防 水 透 气 层 、隔 热 层 和 舒 适 层 。
灭 火 消 防 服 的 外 层 直 面 火 场 ，需 要 具 有 优 异 的 耐 热 、阻 燃 及 热 稳 定 性 ，对 灭 火 消 防 服 的 热 防 护性能起着重要作用。目前采用对织物进行阻 燃 改 性 或 者 直 接 采 用 阻 燃 纤 维 织 造 的 方 法 ，以 达 到该性能要求。国外灭火消防服最外层采用高
关键词： 灭火消防服；热防护性能；研究现状；影响因素；发展趋势；安全防护；功能材料 中图分类号：TS106. 6 文献标志码：B 文章编号：1000-7415（2020）01-0076-05
Research Progress on Thermal Protection Property of Fire Fighting Suits
灭火消防服结构及防护原理 1
经 过 几 十 年 的 发 展 ，目 前 灭 火 消 防 服 的 结 构 大致分为上下一体式和上下分体式。由于上下 一 体 式 灭 火 消 防 服 散 热 性 差 、质 量 重 、行 动 不 方 便 等 原 因 ，国 内 外 市 场 上 主 要 使 用 的 是 上 下 分 体 式灭火消防服。
消 防 员 是 一 项 危 险 的 职 业 ，肩 负 着 保 护 财 产 和 营 救 被 困 人 员 的 职 责 ，因 此 常 常 与 火 场 保 持 密 切 的 距 离 或 进 入 火 场［1］。 在 消 防 救 援 过 程 中 ，皮 肤烧伤和热应激反应比较常见。年，在美国 因热应力或烧伤就造成 2 500 名消防员受伤。皮 肤 烧 伤 最 常 发 生 在 头 部 、手 臂 、肩 部 和 腿 部［2］。 因 此 ，灭 火 消 防 服 的 热 防 护 性 能 对 消 防 员 有 着 重 要 作 用 ，研 究 灭 火 消 防 服 热 防 护 性 能 对 有 效 保 护 消 防员的人身安全具有重要意义。
高温作业专用服装设计的热传导数学模型研究
学家在学习微积分的时候认识过于狭隘，往往认为与中国的递加数没
有区别，而阻碍了广大数学家对微积分的吸收与研究。
参考文献 [1] 李迪主编 .中华传统数学文献精选导读 . 武汉：湖北教育出版社，
1999：604—631 [2]李兆华 .戴煦 .杜石然主编 .中国古代科学家传记( 下集 ).北京：科学 出版社，1993. [3]刘洁民 .关于夏鸾翔的家世及生平.中国科技史料，1990 年第 4 期：47 [4]刘洁民 .晚清著名数学家夏鸾翔 .中国科技史料，1986 年第 4 期：27— 30 [5]高红成 .夏鸾翔对二次曲线求积问题的研究——兼论中算家对微积分 的早期认识和理解 .自然科学史研究，2009 年第 1 期：24—37 [6]刘长春.夏鸾翔在椭圆计算上的若干贡献 .内蒙古师大学报，1986 年 第 2 期：35—42 [7]宋华 .夏鸾翔对微积分的学习和使用——《万象一原》内容分析.内蒙 古师范大学硕士学位论文，2003 年 6 月 . [8] 李兆华 .中国数学史 .台北：文津出版社，1995：260—263 [9] 钱宝琮 .中国数学史 . 北京：科学出版社，1964：268—281 [10]吴文俊主编 .中国数学史大系（第八卷）.北京：北京师范大学出版社， 2000：140
基金项目 本文“受陕西服装工程学院校级服务地方经济项目基金资助（项目编号 2019FZ14）”
将上 列 各式 代 入 式（2）可得式（1）。而式（1）是 表 示 椭 圆 从 点
到点 的弧长，若将点 换为 ，即在式（1）中令
，再
乘以 4，整理可得项名达所给出的椭圆周长公式。
夏鸾翔利用开方术等知识得到了椭圆弧长的一般公式，其成果
4 创新点 本文主要针对高温作业专用服装设计，运用建模思维、最优化理论、 物理知识、数学算法、计算机软件建立热传导偏微分方程模型。利用 数值模拟算法得到专用服装温度分布；利用多层材料热传递过程的微 分方程及其差分离散化 , 采用变步长遍历搜索法、数值模拟及离散化 有限差分数值解法筛选出各层最优厚度。 本 项目所 建 立 的 模 型 是以 理 论 基 础 为支 撑，使 用 基 于 傅 里叶 定律的温度偏微分反方程模型解决高温作业服装设计问题 , 是以 Torvi 模型为基础 , 并结合傅里叶定律加以改进和完善的模型整合 , 它较好地反映了专用服装在各个层次之间的温度分布的大致情况 , 具有较高的精确度和准确性 , 所得结果完全可以适用于实际问题的 解决。 5 推广价值 本文通过建立关于高温作业专用服装的热传导偏微分方程模型， 一方面解决了高温作业专用服装设计中的热传递和各层厚度问题，另 一方面，降低了研发成本，缩短了研发周期。
消防服的功能性质开发与研究
消防服的功能性质开发与研究消防服是一种重要的防火安全装备，其主要功能是提供保护和防护消防人员在灭火、救援和其他应急任务中的安全。
为了满足不同环境和任务需求，消防服的功能特性得到了不断的开发与研究。
下面将介绍一些消防服的功能性质以及近年来的研究进展。
消防服的防火功能是其最基本的功能。
消防服采用耐高温材料制作，能够有效隔绝高温的辐射和热传导，确保消防人员身体的安全。
消防服还采用阻燃材料，能够在遭受明火或火星侵袭时避免火势的蔓延，保证消防人员的个人安全。
消防服具有防护功能，能够阻挡有害气体和颗粒物的侵入。
消防现场常常存在有毒烟雾和有害气体，消防服采用密封性较强的材料制作，能够有效防止这些有害物质对消防人员身体的伤害。
消防服还可以防护一些锋利物体的刺伤或割伤，提供安全保护。
消防服具备防水防雨的功能。
消防人员在执行任务时可能遇到雨水或液体，消防服采用防水材料制作，能够防止水分进入服装内部，保持身体干爽，提供更好的工作环境和舒适度。
近年来还有一些新的功能性质得到了研究和开发，以进一步提高消防服的功能性能。
一些厂商开始研发具有防化生化武器的功能。
在一些特殊情况下，可能会遇到化学或生物武器的袭击，消防人员需要具备相应的防护能力。
一些高科技材料和技术被应用于消防服的研发，使其能够有效隔离和保护消防人员免受这些有害物质的侵害。
消防服的智能化也是近年来的研究方向之一。
通过在消防服上加装传感器和智能装置，可以实时监测消防人员的体温、心率等生理指标，提供及时的警报和救援信息。
还可以加装定位系统，方便指挥员掌握消防人员的位置，增强救援行动的效率和安全性。
消防服的功能性质得到了不断的开发和研究，为消防人员在灭火救援中提供了更好的保护和防护。
未来，随着科技的不断进步和创新，相信消防服的功能性能还将进一步提升，为消防人员的安全和工作效率做出更大的贡献。
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消防服衣下空气层热传递机制研究进展苏云;王云仪;李俊【摘要】空气层热湿传递机制的研究不仅可为更加准确的实验室热防护性能测试提供指导,也可提高消防服热湿传递数值模拟的精确度.在阐述了热防护性能测试中空气层的作用以及空气层热传递机制和空气层热传递模型的研究现状的基础上,分析了服装与人体之间空气层微气候的特征,从热传导、对流换热和辐射换热3个方面总结了空气层的热传递机制,提出不同条件下空气层传热模型建立的基本思路,并对未来消防服衣下空气层热传递机制的研究动向作出了预测.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】6页(P167-172)【关键词】消防服;空气层;热传递;数值模拟【作者】苏云;王云仪;李俊【作者单位】东华大学服装·艺术设计学院,上海 200051;东华大学功能防护服装研究中心,上海 200051;东华大学服装·艺术设计学院,上海 200051;东华大学功能防护服装研究中心,上海 200051;现代服装设计与技术教育部重点实验室,上海200051;东华大学服装·艺术设计学院,上海 200051;东华大学功能防护服装研究中心,上海 200051;现代服装设计与技术教育部重点实验室,上海 200051【正文语种】中文【中图分类】X924.3;TS941.73对于参与紧急灭火的消防员而言，热应力是其生命安全和身心健康的最大威胁。
这种恶劣环境通常可以被划分为普通、危险、紧急3种状态[1]。
紧急状态常常发生在闪火环境下，热流密度达到20～209.34 kW/m2，消防员的耐受时间仅仅只有几秒钟，具有致命的危险[1]。
普通和危险状态是属于低水平热辐射环境，热流密度为5～20 kW/m2[2]，暴露时间较长，一般没有造成消防服外层面料的热降解，然而实际情况中消防员的皮肤烧伤较多发生在这种环境条件下[3-4]。
消防服作为高温下使用的防护性服装，能够减少或防止皮肤烧伤，提高消防作战效率。
其热防护性能的好坏，直接关系到作业人员的安危，因此，准确评价服装的热防护性能，在不同场合选择合适的消防服具有重要意义。
然而，服装各层的空气层是评价与改善服装热防护性能的关键因素。
目前热防护性能的各种实验测试方法中，许多学者对于测试中是否需要在传感器与面料之间设置空气层，以及其大小的设置产生了兴趣。
在许多小尺度台式测试中，如NFPA 1971《建筑物火灾用灭火防护服标准》规定的闪火条件下的TPP测试、NFPA 1977《荒地灭火用防护服和设备标准》规定的21 kW/m2辐射强度下的RPP测试以及美国材料实验协会标准：F 2731—2011《测定消防员防护服系统的能量传播和储存的标准试验方法》规定的8.5 kW/m2辐射强度下的SET测试等，都没有考虑传感器与面料之间空气层的影响。
也有测试标准中，如ASTM D4108《热防护性能测试(TPP)》等，规定传感器与面料之间的空气层厚度为6.4 mm，用来模拟服装与人体皮肤之间的间距大小。
由于人体体表形状的复杂性，服装覆盖在人体表面形成的衣下空气层分布不均匀，小尺度台式测试并不能准确地模拟着装人体衣下空气层的分布，因此，文献[5-7]利用三维人体扫描仪调查了燃烧假人衣下空气层的分布状况，结果表明，在肩部、前胸、大腿、膝盖等部位形成的空气层较小，在后背较低部位、腰、后膝和小腿的空气层相对较大。
同时由于人体的运动以及面料的热收缩导致衣下空气层的动态变化，都预示着全尺度假人实验的必要性[8-9]。
由于空气层传热的复杂性，实验室测量并不能有效解释空气层传热的机制，因此，不少研究学者进行了消防服衣下空气层热传递数值模拟的研究。
早期Torvi等[10]基于小尺度台式测试，分析了面料与传感器之间空气层的一维热传递，但是忽略了空气对辐射传热的影响以及各传热方式的耦合现象。
由于人体几何形态的复杂性，Zhu等[11]基于Torvi建模理论，建立了圆柱坐标系下的空气层传热模型，用以研究不同曲面下空气层的热传递过程。
Sawcyn等[12]基于阻燃面料背面温度的梯度分布，建立了空气层的准二维热传递模型，同时Talukdar等[13]利用CFD(计算机流体动力学，Computational Fluid Dynamics )技术再现了空气层的多维热传递现象。
为了研究空气层的耦合传热以及动态空气层的传热，Ghazy等建立了单层面料空气层传导与辐射热传递耦合模型[14-15]、多层面料多层空气层模型[16]以及人体运动、面料热收缩引起的动态空气层模型[17-18]，但是，由于衣下空气层厚度的跨度较大，不同火场环境下空气层模拟的差异性，目前衣下空气层数值模拟的精确度以及应用性仍有待提高。
空气层在“人体-服装-环境”的数值模拟中起着桥梁的作用，同时空气层的热传递过程容易受到其他因素的影响，因此，准确分析空气层的热传递机制，对于实验室测试中空气层厚度的设置、不同火场环境条件下空气层热传递模型的建立具有重要意义。
本文分析了服装与人体之间空气层微气候的特点，总结了空气层对流、传导以及辐射的传热机制，比较了目前各空气层热传递模型的优缺点，并总结了其未来发展的趋势。
按照NFPA 1971《建筑物火灾用灭火防护服标准》规定，消防服由多层织物系统构成，依次为外层、防水透气层以及隔热层，人体的皮肤结构从外向内依次为表皮层、真皮层、皮下组织，从而形成多层垂直空气层的分布，如图1所示。
在消防员的消防作业过程中，由于人体的运动以及面料的热动力现象，使得人体-服装-环境之间的热湿传递过程处于动态变化之中[19]。
衣下空气层内也不可能完全静止，在隔热层与皮肤表层之间(空气层③)，由于存在温度差产生的传导与辐射热传递的同时，也必然会由于空气分子的运动产生自然对流现象，除非衣下空气层所处的空间非常狭小，无法形成对流运动，这时才会有单纯的导热现象(空气层①与空气层②)，所以，空气层微气候中同时存在对流、传导、辐射传热以及由于浓度差、温度差、压力差产生的蒸发散热现象。
服装与人体之间空气层的热传递过程受多种因素的影响，在空气层中进行热交换的方式有热传导、对流换热和辐射换热，其中热传导和对流换热的计算过程相对简单，而辐射换热比较复杂，但是三者之间具有耦合作用，共同决定着空气层的热传递过程。
静止空气的导热系数明显小于常见的纺织材料，是理想的绝缘体。
随着空气层厚度的增加，空气层导热减小，相反自然对流愈益明显。
传热学中利用Ra(瑞利数，Rayleigh number)的大小判断自然对流的发生与否，如下式[20]所示：式中：g为重力加速度，9.81 m/s2；β为空气的热膨胀系数，K-1；△T为空气层边界的温度差，K；δ为空气层厚度，m；α为空气热扩散系数，m2/s；v为空气动力黏度，m2/s。
对于处于水平方向的空气层来说，当Ra值达到1 708时，空气层发生稳态自然对流；当Ra值超过5 830时，便会产生非稳态自然对流[21]。
然而，Ra值的大小与空气层的厚度呈正比，Torvi利用流动可视化与数值模拟的方法推导出当空气层的厚度达到6.4 mm时出现自然对流[10]。
同时由于人体衣下空气层的体积较小，空气层厚度为19.1 mm时的Ra值小于35 000，而发生湍流的Ra值大于106，故衣下空气层的对流换热一般当作层流处理[22]。
当面料与传感器之间空气层厚度小于6.4 mm时，由于空气层间隙太小，从而无法形成对流运动，这时空气层的热传递以传导为主。
根据傅里叶热流定律，一维平面的热传导速率方程为式中：qcond为传导热流密度，W/m2；k为空气层的导热系数，W/(m·K)；∂T/∂x为沿x方向的温度梯度，K/m。
当空气层厚度超过6.4 mm时，空气含量的增加会导致空气层导热的大幅度减小，相比对流传热来说可以忽略不计。
在消防作业中，消防服衣下空气层对流传热不仅仅以自然对流的形式进行，同时由于人体步行等连续动作以及面料的热收缩变化，在衣下空气层中会产生强迫对流，如风箱效应或钟摆效应等，但不论对流传热过程的具体特性如何，均可利用牛顿冷却公式计算空气层的对流换热(如式(3)、(4))。
同时对流传热是由浮升力引起，这种浮升力是因流体中的温度差所导致，与空气层所处的方向有一定的联系，见式(5)[20，23]。
式中：[]*是指如果方括号内为负值，则此项为0；qconv为对流热流密度，W/m2；h为空气层的对流传热系数，W/(m2·K)；Tfab为隔热层背面温度，K；Tskin为皮肤表层温度，K；Nu为努塞尔数；L为空气层的厚度，m。
有研究表明，面料与传感器之间空气层的热传递以辐射热交换为主[10]，所以准确评价空气层辐射热传递过程，对于提高空气层热传递模型具有重要意义。
在消防作业的过程中，服装以及人体皮肤都会向空气层发射热辐射，同时由于空气中O2以及N2属于非极性气体，不发射辐射，空气中还含有少量的极性分子气体，如CO2、水蒸气等，在很大温度范围内是发射和吸收辐射[24]。
综上所述，一般情况下可把空气层简化成透明体，完全透射辐射，此时空气层辐射热传递遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律，利用视角系数建立的辐射模型为由于面料在高温环境下会发生化学反应，从而产生CO2、颗粒等物质，分布在空气层中，同时消防员高强度作业产生的汗液使空气层的湿度升高，都会增加空气层吸收和发射辐射热。
在这种情况下，可以将空气层当作灰体处理，即空气层既能够透过辐射，也能吸收与发射辐射，其空气层进行辐射热传递的计算过程如下：式中：x为空气层的厚度，m；κ为空气的吸收系数；Ib为黑体辐射强度，W/m2；s为几何距离，m；)为入射辐射，W/m2；分别为空间位置与角方向。
由于以上计算过程复杂，辐射传热模型可进行相关简化。
考虑空气层作为辐射介质，但是忽略空气发射辐射，并且通过引进Beer定律，假设空气层吸收热辐射呈指数衰减，其计算方程为空气层在“环境-服装-人体”的传热建模中起着关键的作用，因此，建立精确的空气层传热模型对于准确评价服装热防护性能具有重要意义。
目前有关消防服空气层的传热模型主要是针对静态空气层的一维传热，它不仅能够揭示空气层传热的基本原理，而且可以为多维空气层、动态空气层的传热模拟奠定理论基础。
此外，近几年来部分学者尝试了多维空气层、动态空气层的热传递模拟。
Torvi[25]利用有限元方法模拟了ASTM D4108标准中的TPP测试，分析了织物与传感器之间空气层的对流、传导以及辐射热传递过程，Song[26]和Zhu[11]基于Torvi的空气层传热模型，分别建立了服装与假人皮肤之间的空气层传热模型以及圆柱坐标下的空气层传热模型，但是由于没有考虑各传热之间的耦合以及空气各成分对辐射热传递的影响，与实际情况差异较大。