PDF《高温作业专用服装设计》

2、

3、4,可以得出:同一时刻同一厚度处的整个服装层温度相等. 5. 服装与假人之间的空气层Ⅳ小于 6.4mm,不会产生明显的对流现象[1] ,本模 型中忽略之. 6. 由于服装对热辐射的阻挡作用,因此在热的传递过程中,可以忽略热辐射. 基于假设

5、 6, 可以得出: 从外界到假人皮肤只存在热传导一种热传递方式. 7. 假人体表温度上升时,为了维持内部温度恒定为 37℃,会有一个散热的过程 (对应于人体在高温环境中作出的呼吸、出汗等生物调节过程) ,这里假设假 人皮肤单位面积的散热速率与体表和体内(37℃)的温度差成正比.

四、符号说明 由外到内第 层织物材料/空气的热传导率, 由外到内第 层织物材料/空气的比热, 由外到内第 层织物材料/空气的密度,

4 由外到内第 层织物材料/空气的厚度, 假人散热方程的比例系数 以服装外表面任意处为原点, 向内的法线方向上的距离坐 标 由外到内各个界面处的坐标值, 第一问中, 实验时间 时间 时坐标 处的温度 时 处的温度 时刻的实验温度值 由外到内各个界面处的温度值, , 面积微元 传导入所研究微元的能量的传导速率 传导出所研究微元的能量的传导速率 用于所研究微元升温的能量

五、模型的建立与求解 5.1 求解假人散热方程的比例系数 通过对附件

2 的实验数据进行分析可以得到, 在实验进行一段时间 (约1600s) 后,假人体表温度不再发生变化,即 恒定不变,此时外界向内部传 热的速率与假人自身的散热速率相等,达到一个稳态,即2)

5 对于 的表达式可以做如下求解(图1为该稳 态的示意图) : 设此时由外到内各个织物材料层的热传导速率 分别为 ,在稳定热传导时,各层织 物内部温度在人体法线方向上的分布应该是线性 的(因为其偏导数,即热传导速率处处相等) ,根 据傅里叶定律,可以列出四个方程 图1稳定热传导 3) 稳定热传导时, ,对上述方程组进行整理,两边各 自乘上 后相加可以消掉未知的 得到 的表达式 4) 依照假设 6, 的表达式为 5) 其中 是一个常数. 联立方程(2) (4) (5) ,代入数据可以求出 6) 5.2 建立微分方程模型 若取一个垂直于假人表面法线的面积微元 ,法线方向长度为 的织物材 料体积元作为研究对象,它一方面接受前一个微元传导来的热量 ,另一方 面也会向下一个微元传导出热量 , 这两个过程的净热量 会导致微元升温, 据此可以建立起关于该微元温度 的微分方程

6 7) 具体来说,微元的选取会有三种情况:各层材料内部,此时微元与前后微元 的材料物理性质是相同的;

相邻两层材料界面,四层材料共有三个界面,在界面 处的微元前后微元材料的物理性质不同,这势必会导致传热速率的变化,因此固 定时刻温度曲线在界面处应该是连续但不可导的;

与假人皮肤接触的微元,对于 此微元, 不再是向下一个微元传导热量,而应是假人的散热作用. 5.2.1 各层材料内部 对于由外到内第 层材料内部,有8) 9) 10) 将(8) (9) (10)式代入方程(7) ,根据偏微分的定义,有11) ………(12) 整理便可以得到 13) 式(13)即为由外到内第 层材料内部温度随时间空间变化的偏微分形式, 这是一个抛物线型的偏微分方程,其边界条件为 14) 5.2.2 相邻两层材料界面 对于由外到内第 个两种织物材料界面,应该有左右两侧的温度相等,热传 导速率相等 15) 16) 5.2.3 与假人皮肤接触的微元 对于此微元,材料是空气, 的表达式是不变的,但是 会发生变化 17) 将(8) (10) (17)式代入方程(7)整理可以得到