高溫作業(yè)專用服裝設(shè)計(jì)

趙峰禹 何慶偉 趙小程

摘要：為了解決在高溫作業(yè)環(huán)境下，為了使工作人員可以更好的進(jìn)行工作。必須解決在不同溫度環(huán)境下，高溫作業(yè)服裝每層厚度的確定。針對(duì)不同的外界溫度在給定每層不同的厚度。利用假人進(jìn)行皮膚表層溫度測(cè)定。根據(jù)假人皮膚外側(cè)的實(shí)際溫度，得到溫度分布圖像，建立出假人皮膚外側(cè)溫度與所處環(huán)境時(shí)長(zhǎng)的數(shù)學(xué)函數(shù)。需要解決在不同的環(huán)境溫度下針對(duì)每層不同的厚度，不同的工作時(shí)間，來(lái)確定每層的最優(yōu)厚度。利用了一維數(shù)學(xué)模型，將其看成是單位面積的不同厚度的分析，從而確定優(yōu)化問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：熱傳導(dǎo)；最優(yōu)厚度；溫度分布

1、模型建立

根據(jù)所給的參數(shù)進(jìn)行分析，可以將每一層的材料看成不同的熱阻（設(shè)有四層不同的材料）。將高溫專用服裝看成一個(gè)單位面積的服裝，但存在厚度的變化，利用Laplace變換導(dǎo)出的公式對(duì)于單層的材料有兩側(cè)溫差與該層吸收熱量的方程。利用熱傳導(dǎo)有限元法，將有限單元法應(yīng)用到高溫作業(yè)服的溫度效應(yīng)計(jì)算，提出了計(jì)算服裝不同層厚度的公式。[1]

2、模擬出假人皮膚外側(cè)溫度與時(shí)間的擬合曲線。

將給定的數(shù)據(jù)利用SPSS軟件進(jìn)行仿真，得到如圖1所示的擬合曲線。因變量是溫度，自變量為時(shí)間。并且得到表1中的數(shù)據(jù)，以此來(lái)建立擬合曲線方程。

在表一中R方為0.991，基本接近于1，所以該擬合曲線基本符合。

3、建立溫度隨時(shí)間變化的擬合方程。

擬合方程如下所示：

T=36.715336+0.032557745×t-3.03799889×10-3×t-3.03799889×10-5×t2+9.1279726×10-9×t3

4、構(gòu)造每層傳遞溫度與厚度之間的關(guān)系

有

即每層兩側(cè)的溫度差，也成為熱推動(dòng)力；

表示熱阻。

對(duì)于穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程，各層的導(dǎo)熱速率必然相等，將該適用于不同層上，將其進(jìn)行推廣，不同層厚度分別設(shè)為d1、d2、d3、d4，在穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，導(dǎo)熱速率Q不隨時(shí)間變化，傳熱面積為單位面積并且導(dǎo)熱系數(shù)是常量。不同層的導(dǎo)熱系數(shù)分別為λ1、λ2、λ3、λ4，設(shè)假人表皮溫度為t5，外界環(huán)境溫度為t1，中間夾層溫度分別為t2、t3、t4。

將其推廣為：

由于

可得

各層的溫度降與熱阻成正比。

根據(jù)以上的公式可以推導(dǎo)出來(lái)，每一層的所要承受的溫度降的關(guān)系，從而可以從最內(nèi)層的假人體表溫度依次推到每一層的溫度。

利用問(wèn)題分析時(shí)利用的熱阻，當(dāng)處于穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，可以得到一個(gè)熱量Q與熱阻（其中包含了材料層的厚度）之間的關(guān)系，熱阻等于材料厚度除以材料面積乘以材料的熱傳導(dǎo)率，從而可以把每一層材料的熱阻求出來(lái)。將穩(wěn)定后的皮膚表層適宜的溫度代入，即可以把每層所吸收的溫度求出來(lái)，進(jìn)而可以求出來(lái)每層的溫度是多少。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪泓吉等.不同溫降下渡槽溫度應(yīng)力模擬及保溫層厚度設(shè)計(jì)[J].人民長(zhǎng)江.武漢理工大學(xué)，2018.1

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