高温作业专用服装设计
2018数学建模国赛优秀论文A题-基于非稳态导热的高温作业专用服装设计
图 5.2 细杆示意图
设 c 为杆的比热容（单位物质升高或降低单位温度所吸收或放出的热量，它与物质 的材料有关）， 为杆的密度，则有：
（3）当环境温度变为 80℃时，确定Ⅱ层和Ⅳ层的最优厚度，以确保工作 30 分钟时假人皮肤的外侧温度不超过 47℃，并且超过 44℃的时间不超过 5 分钟。
2 问题分析
2.1 问题一分析 高温作业下的专用服装分为四层，对于第四层考虑其服装材料的参数值如密
度，比热容以及热传导率可认为是空气层。体内温度为 37℃的假人放置在 75℃ 高温实验室中，皮肤温度根据热传导可以得出所有层织物以及空气在初始时刻的 温度为 37℃；75℃的高温热源是恒温源；通过分析附件 2 中皮肤外侧温度随时 间的变化，最后在 1148 秒左右温度维持在 48℃，之所以会维持一个稳定值，是 因为假人体内的温度维持在 37℃，这使得假人皮肤外侧的温度会维持一个稳定 值。假人体内相当于一个不断吸热的耗散源，但同时又需维持自身的恒定温度。
针对问题三，在问题二的基础上增加变量 d4 进一步确定最优的厚度组合。首 先将厚度 d2 , d4 视作平面上的点（ d2 , d4 ），其次对平面的点搜索，确定出满足问 题三约束条件下的点集。这里求出 83 个满足约束的点。其次是考虑高温环境下 作业人员应尽快完成作业，所以把高温下的工作服体积小、质量轻方便作业人员 操作为主要因素，把舒适程度当作辅助因素。确定厚度标准=d2 d4 最小，找出 最终符合的点（16.8，6.4），即Ⅱ层介质厚度为 16.8mm，Ⅳ层厚度为 6.4mm。 温度超过 44℃不超过 47℃所需时间为 1512s,工作时间为 1800s 的温度为 44.7℃。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计随着气候变暖和能源开发的加强，高温作业的需求越来越大。
而在高温环境中作业，工人们面临着很多危险和挑战，如高温热射线、高温气体、高湿环境等。
设计一款适合高温作业的专用服装至关重要。
本文将从材料选择、结构设计和人体工程学角度来探讨高温作业专用服装的设计。
材料选择是设计高温作业专用服装的关键一步。
面料应具有良好的导热和导湿性能，能够快速将热量和湿气从体表传导出来，提高热量和湿气的排出效率，使工人的皮肤能够保持干燥和透气。
常用的面料有涤纶、棉麻、竹纤维等。
面料应具有较好的防火性能，能够有效地抵御高温环境中的火焰和火星的侵袭，减少工人因火灾事故而受伤的风险。
常用的防火面料有阻燃涤纶、阻燃棉纤维等。
面料应具有良好的耐磨性和抗撕裂性能，能够在高温环境中经受住摩擦和撕拉的考验，保证服装的耐用性。
面料还应具有较好的抗静电性能，防止静电的积累和释放，减少工人因静电事故而受伤的风险。
在结构设计方面，要注意服装的保暖性和透气性。
一方面，需要保证服装在高温环境下能够有效地隔离外界的高温热射线和高温气体，避免工人的皮肤直接接触到高温物体，减少热量的传递和吸收。
为此，可以在服装的外层增加一层隔热材料，如铝箔膜。
需要保证服装能够良好地排汗和排湿，防止汗液在皮肤表面滞留，导致湿热。
为此，可以在服装的内层增加一层吸湿排汗材料，如聚酯纤维。
为了提高服装的舒适性和便利性，还可以考虑为服装增加一些人性化设计。
可以在领口和腋下增加通风孔，增加空气的流通，提高服装的透气性。
可以在袖口和腿口增加防火带，减少火星的进入，提高服装的安全性。
可以在腰部和膝部增加调节带，使服装能够根据工人的需要进行调整，提高服装的舒适性。
设计高温作业专用服装需要综合考虑材料选择、结构设计和人体工程学等多个因素。
通过合理选择面料、优化结构设计和添加一些人性化设计，可以设计出更加适合高温作业的专用服装，提高工人在高温环境下的安全性和舒适性。
高温作业专用服装设计
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald82DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.15.082高温作业专用服装设计①邱秀亮 俞青清 杨位乾 陈旭(集美大学诚毅学院 福建厦门 361000)摘 要：本文基于傅立叶定律结合多层平壁热传递模型和干燥热传递模型，构造时间—位置—温度的热传递偏微分方程来解决热防护服装厚度的合理设计问题，然后将偏微分方程进行离散化处理，通过数据预处理发现皮肤表层超过1646s 以后温度不再增长，我们认为自此系统处于动态热平衡状态。
利用有限差分法在MATLAB上算出动态热平衡之前的温度分布，得到动态热平衡状态时各层交界处的温度。
关键词：热防护服 干燥热传递模型 有限差分法中图分类号：TS941.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)05(c)-0082-02①基金项目：本文是2018年“创新创业训练计划”中的项目《高温作业专用服装设计》（项目编号：201813471003 ）的阶段性成果。
作者简介：邱秀亮（1983，1—），男，汉族，江西赣州人，硕士研究生，讲师，研究方向：图论、复杂网络、偏微分方程。
现如今人们从事各种高温作业下的安全隐患有增加的趋势，在高温条件下热防护服具备对人体进行安全防护的功能而显得十分重要。
比如消防员在火场环境灭火救援时常处于高温高辐射的环境，如果防护服太厚重，经常会导致热应激反应，因此在高温作业时保护人体皮肤不受伤害的前提下，如何减少防护服厚度，是本文讨论的根本问题。
目前急需要解决的问题有：(1)根据已知的服装材料的参数值以及在条件为75℃环境温度、II层厚度为6mm、IV 层厚度为5mm、工作时间为90min的情形下，计算温度的分布；(2)当环境温度为65℃时，IV层厚度为5.5mm时，在确保工作60min时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超过44℃的时间不超过5min的条件下确定II层最优厚度；(3)当环境温度为80℃时，在保证工作30min时，其余条件与上述相同以此来确定II层和IV层的最优厚度。
高温作业专用服装的合理设计
2019第2期中（总第291期）此问题，属于数据预测类问题。
首先构建一个皮肤内侧等效热导层，并建立一维多层平壁导热模型。
发现同一介质内部温度随距离成一次函数关系，建立一个关于各层平壁边界温度的四元方程组，求得稳定状态时温度随位置分布Tmax （x ）。
通过MATLAB 的cftool 工具箱，拟合得到高温条件下某位置温度变化的单一位置参数函数，分析得到参数值和各位置温度变化T （x,t ）,以位置x 步长0.1mm 、时间t 步长1s ，得到温度分布。
对非稳定状态下导热公式（4）离散化，使用差分方法求x=δ5的近似解，与拟合的函数比较，验证函数准确可靠。
最后对本文所建立的高温作业服装模型进行了客观的评价，提出了改进的建议，结合整个模型特点进行推广，提高此模型的实际生产意义。
一、模型假设假设服装各层的热导率等理化因子不随温度变化，且各材料具有各向同性；假设多层平壁紧密结合，结合面的温度相同，不存在热突变；假设热量传递仅依靠热传导，不涉及热辐射和热对流；假设温度不会发生突变，皮肤外侧温度为紧靠近皮肤处温度，皮肤内侧存在小距离温度变化层。
二、模型的建立与求解第一部分：问题1的模型（一）热稳定时材料内部温度分布高温作业服装有I 、II 、III 三层织物材料，其中I 层与外界环境接触，III 层与皮肤之间还存在空隙为IV 层，为了处理假人体内温度恒为37℃，而皮肤表面温度随时间变化，则构建一个皮肤等效热导层v 层存在于体表内侧，其等效热传导率与Ⅳ层相同。
图1皮肤的等效热传导的模型T5为假人的体内温度，即Ⅴ层下限边界温度；T0为服装外界高温环境温度，即Ⅰ层上限边界温度。
将体内温度为37oC 的假人放置在高温环境中，测量假人皮肤外侧的温度，根据题目所给附件二的具体数值通过程序2画出图2。
由图2可知，将假人放置在高温条件1625秒时，体表外侧服装内侧达到最大值48.08℃。
由于各层的长、宽都远远大于其厚度，因此假设我们的研究对象是无限大平壁。
高温作业专用服装的设计与研究
高温作业专用服装的设计与研究高温作业是一种严峻的环境，处于这种工作环境中的工作人员需要面对高温、高湿、高辐射等多种压力和危险。
为了确保工作人员的安全和健康，以及提高工作效率，高温作业专用服装成为了必不可少的一项保护措施。
本文将就高温作业专用服装的设计与研究进行介绍及探讨。
1.保护作业人员安全。
高温作业过程中，存在着多种危险因素，如火焰、高温、高湿、辐射等，专用服装需要具备防火、抗高温、透气、防辐射、防水等功能，确保作业人员的安全。
2.舒适性。
高温作业过程中，人体会出现大量的汗水，专用服装需要具备透气、吸汗、快干、轻便等特性，合理的设计可以减少工作人员的疲惫感，提高工作效率。
3.易穿着与使用。
高温作业专用服装的使用频率相对于其他工作服装更高，因此，服装的穿着和使用应该简单、方便，使得作业人员可以快速、便捷地穿戴使用。
1.防火材料。
高温作业环境中常常存在火源，专用服装的材料需要选取防火性能好的材料，例如耐火绸等。
此外，在面料的选择方面，如果有特殊的标准要求，例如阻燃指数和防火标准，则必须要符合标准要求，如EN ISO 11612防火服。
2.隔温材料。
高温环境下，专用服装需要隔离高温对皮肤的直接伤害，因此，需要选用具备良好隔热性能的材料。
例如，使用耐高温碳纤维布材质，可有效隔离高温，避免对人体皮肤的烫伤。
3.透气材料。
高温环境下，人体会不断流失水分，导致身体过度疲劳。
专用服装需要使用透气材料，使空气流通，减轻身体负担，如使用涂有PTFE的非织造材料。
1.领口。
领口应高约20cm，避免热气升腾至脸部。
2.袖口。
袖口设计应紧贴手腕，以防热气从袖口流入。
3.衣身。
衣身必须符合人体工程学的设计，尤其是活动性的部位，以确保作业人员在工作时能够无阻力地完成工作任务。
4.采用独特的魔术贴。
在服装的一些功能部位，例如领口和袖口处，采用独特的魔术贴设计，可以可以缓解热气下传的问题。
总之，高温作业专用服装是一项涉及多个领域的重要保障，除了最基本的防护功能外，还应该将透气性、隔热性、防火性等指标作为考虑的因素，服装的色彩、外观也应当符合个人的需求和品味，提高穿戴舒适度和易使用性的要求，这些都是必须注意的关键因素。
高温作业专用服装设计讲解
高温作业专用服装设计讲解高温作业专用服装设计讲解在高温环境下工作可能会给工人带来严重的健康风险，因此，为了保护工人的安全和健康，高温作业专用服装设计显得尤为重要。
本文将对高温作业专用服装设计进行详细讲解，包括设计原则、材料选择以及功能特点等。
一、设计原则高温作业专用服装设计的主要原则是保证工人在高温环境下的舒适度和安全性。
具体而言，设计原则包括以下几个方面：1. 透气性：高温环境下，工人的体温容易升高，容易引发中暑等症状。
因此，服装应具备良好的透气性，能够让空气流通，减少体温的上升。
2. 防火性：高温作业环境往往伴随着火焰、高温物体等安全隐患，因此服装应采用不易燃烧的材料，能够有效地减少工人的烧伤风险。
3. 耐磨性：高温作业环境通常温度较高，汗水较多，工人的活动强度大，因此服装应具有一定的耐磨性，以延长服装的使用寿命。
4. 轻便舒适：由于高温环境下工作的特殊性，服装应尽量轻便、舒适，以减少对工人活动的限制，并提高工作效率。
二、材料选择高温作业专用服装的材料选择至关重要，直接影响服装的性能和功能。
在选择材料时，应考虑以下几个因素：1. 纤维材料：选用高温纤维材料制作服装，如阻燃纤维、耐高温纤维等。
这些纤维具有一定的防火性能，能够在高温环境下提供更好的安全保护。
2. 透气性材料：选用具有较好透气性的材料，如透气膜、透气涂层等。
这些材料能够提高服装的透气性，减少工人的体温上升。
3. 耐磨材料：选用耐磨材料制作服装，如高强度聚酯纤维等。
这些材料具有较好的耐磨性能，能够延长服装的使用寿命。
4. 轻便材料：选用轻便材料制作服装，如气凝胶、空气层等。
这些材料重量轻，穿着舒适，不会给工人活动带来过大的限制。
三、功能特点高温作业专用服装的功能特点是其设计的核心，决定了服装的实际效果和使用价值。
下面列举几个常见的功能特点：1. 阻燃功能：高温作业专用服装应具备一定的阻燃功能，能够在高温环境下有效地减少工人的烧伤风险。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计作者：史志华李烽郭新宇来源：《中国科技博览》2019年第12期[摘要]在实际工作中，人们不可避免地会遇到需要在高温环境中工作的情况。
高温作业专用服装是一种特制的热防护服，可以有效的降低高温环境工作人员的体温，避免高温伤害。
通过对热防护服各层参数的分析研究，建立了热力学偏微分方程模型，利用有限元差分法求解，求出热防护服各层的最优厚度，从而给出其最优设计方案。
[关键字]热防护服；偏微分方程；温度分布图；有限元差分法中图分类号：TP419 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0299-011.问题重述热防护服通常由三层织物材料构成，分别记为I层、II层、III层，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。
对实验室环境温度为、II层厚度为、IV层厚度为、工作时间为90分钟的情形开展实验，数据来自于2018年国赛A题附件1。
请建立数学模型计算热防护服各层的温度分布。
2.问题分析分析题目可知，高温工作防护服的原理是外界环境温度经过由织物材料组成第I层、第II 层、第III层工作服以及工作服和假人皮肤之间的空隙构成的第IV层进行传递，达到降温及安全工作的目的。
因此，建立“环境-服装-假人”系统如下图所示：已知外界环境温度即防护服I层左侧开始温度为75℃，首先对附件2中90分钟的测试数据进行处理，拟合得到假人皮肤外侧温度随时间的变化趋势，分析可知当时间在1645s后，假人皮肤外侧的温度就不再变化。
利用MATLAB对数据进行指数拟合得到假人皮肤外侧温度随时间变化的函数关系式，然后根据相应的热力学公式，建立热传导微分方程组模型，结合附件1中给出的热防护服I层、II层、III层及IV层空气层的密度、比热、热传导率和厚度范围进行求解。
但考虑到偏微分方程的求解有一定难度，因此使用有限元差分的方法将偏微分方程离散化，即可得到热防护服I层、II层、III层和IV层空气层温度分布的近似解，且能够通过图形直观的看出热防护服各层的温度分布情况。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计随着现代化工业和生产力不断发展，高温作业已成为一种常见的工作环境。
高温下工作一定时间后，人体会出现疲乏、头晕、恶心等症状，严重时还会引发中暑或热射病等危险情况。
因此，对于进行高温作业的员工来说，一套高温作业专用服装至关重要。
一、高温作业的特点在高温作业环境中，穿着普通的服装很容易引起体温升高，影响工作效率和身体健康。
而高温作业专用服装的设计应该具有以下特点：1.透气性好：高温环境下，人体出汗较多，如果穿着的服装透气性差，汗液会潴留在身体的表面，使得用户感到不舒适。
因此，专用服装应该选择透气性好的材料和设计。
2.凉爽舒适：高温环境下，人体需要保持适当的温度和湿度，这样可以提高身体的舒适度和健康状态。
因此，专用服装应该采用轻便低温的材料，设计简洁，减少摩擦和磨损，使得用户在高温环境下不会感到任何不适。
3.防辐射：一些高温作业环境中，存在强烈的辐射，如当化工车间、电子厂等环境下。
特别是在长时间工作的情况下，会对人体的健康造成严重影响。
因此，高温作业专用服装需要具有一定的防辐射的功能，保护用户的安全和健康。
4.易清洗：在高温环境下工作，很容易使得衣服变脏，而不能及时清理，会引起感染等健康问题。
因此，专用服装要容易清洗，采用防菌和耐高温的材料，保证使用寿命长，使用效果好。
在高温作业专用服装的设计浪潮中，需综合考虑流行、舒适、环保、安全和实用等多种因素，才能设计出适合高温作业环境下使用的专用服装。
根据此要求，可从以下几个方面来介绍高温作业专用服装的设计：1.面料：高温作业专用服装的面料需要具有一定的防辐射功能、透气性好、吸汗排湿等特性。
推荐使用金属氧化物混纺纤维，在一定程度上可以降低辐射损害；又或者采用纳米技术对棉质面料进行改良，以提高其透气性和吸湿排汗性。
2.设计：设计方面，首先需要注意清晰而简单的设计风格。
舒适、简洁的作业服是设计时的重要要求；同样重要的是，设计功能型口袋，可放置手机，工具等小物品，方便用户使用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高温作业专用服装设计
作者：王福来李翔王梓同
来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第14期
【摘 ;要】热防护服是对在高温或超高温条件下工作人员的安全保护，其原理是降低热转移速度，使外界的高热缓慢而少量转移至皮肤。
本文基于一定外界温度下，对经过热防护服传热到假人皮肤外侧的热传导模型进行研究。
整个热传导过程分为热防护服中的热传递和空气层的热传递两个阶段。
在热防护服热传递中，从外至内依次是外壳层、防水层、隔热层。
根据能量守恒和热辐射量的满足条件得到三层热防服的非线性变系数的抛物型偏微分方程热传递模型，利用正问题的数值分析方法对模型进
行整理和总结，有限差分法求解非线性抛物型方程;对于空气层，根据数据可以利用MATLAB 软件进行四阶拟合，得到假人皮肤外侧的温度与时间的拟合关系。
在以上建立的热传导模型基础上，将环境温度变换为65 ，通过建立初值、左边界和右边界条件，得到约束条件，再运用MATLAB得到防水层的最优厚度。
同样在第一个建立的热传导模型基础上，将温度变为80 ，建立初值、左边界和右边界条件，得到约束条件，再运用MATLAB得到防水层的厚度与隔热层的厚度。
【关键词】热传导;偏微分方程;温度三维分布图
一、模型的建立与求解
2.1模型的建立与求解
参考文献：
[1]G.W.Song.Modeling thermal protection outfits for fire exposures[J]，Dissertation Abstracts International，Volume：64-10，Section;B，page：5196;Co-Chairs：Roger L，Bar，2002.
[2]俞呂明，热传导及数值分析[M]，清华大学出版社，1981.
[3]宋来忠，王志明.数学建模与实验.北京：科学出版社，2005.
[4]胡守信，李柏年.基于Matlab的数学实验[M]，北京：科学出版社，2004年第1版。