《基于一维热传导模型的热防护服装设计问题》-工学论文，科技论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于一维热传导模型的热防护服装设计问题

范文

郭静伦靳泽鹏

摘要：本文针对热防护服织物层厚度问题，运用了一维导热微分方程、差分方程，构建了由热防护服各织物层和空气层两部分构成的一维热传导模型，并运用MATLAB软件编程求解，得出了温度场分布的三维图像、各层温度变化趋势和90分钟后各层温度收敛值。

关键词：一维导热微分方程;差分方程;热防护服

现如今，热防护服装应用广泛。为设计出能够让人们在高温环境下工作而避免被灼伤的专用服装，多层热防护服装的热传递、织物层的物理化学性质以及空气层厚度等因素都会影响到防护服的热性能。

一、数据预处理

在实验条件为环境温度为75℃、II层厚度为 6mm、IV层厚度为5mm、工作时间为90分钟的情形下，绘制得到假人皮肤外侧的温度数据散点图。

观察图1可以看出，大致在1600s后假人皮肤外侧的温度不再变化，即达到稳定状态。从而我们可以推断在此时刻整个系统也是处于稳态，分析该稳态导热的过程就可以得到假人皮肤外侧的温度分布。

二、模型建立

基于上述中，先推导出一层织物层的导热微分方程进而得出三层織物层的稳态导热微分方程，再推导出织物层与皮肤之间空气层的传热方程，最后以环境温度为左边界条件，以人的温度为右边界条件进行有限差分，结合各织物层的导热系数建立热防护服一维热传导模型。

三、模型求解

通过matlab软件编程求解，我们可以得到温度场分布的三维图像、各层温度变化趋势和90分钟后各层温度收敛值。

四、结论

通过绘制假人皮肤外侧温度散点图判断出整个系统处于稳态导热，然后推导出一层织物层的导热微分方程及三层织物层的稳态导热微分方程，再推导出织物层与皮肤之间空气层的传热方程，最后以环境温度为左边界条件，以人的温度为右边界条件进行有限差分可以得到热防护层的温度分布。

参考文献：

[1]杨杰.基于人体-服装-环境的高温人体热反应模拟与实验研究[D].清华大学，2016.

[2]张金海，王卫民，赵连锋，等.傅里叶有限差分法三维波动方程正演模拟[J].地球物理学报，2007，50（6）：1854-1862.

[3]蒋培清，严灏景.空气层对织物动态热湿传递性能的影响[J].纺织学报，2005，26（1）：10-12.

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