高溫作業(yè)專業(yè)服裝設(shè)計

胡洋　陳程　韓書楠

摘 要：高溫作業(yè)服是高溫環(huán)境下工作的人們所必須穿著的服裝。它主要由三層構(gòu)成，每層都有隔熱效果。高溫作業(yè)服每層的厚度影響著它的性能。為了降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，每一層的最優(yōu)厚度需要確定，這是本文所要研究的問題。對高溫作業(yè)服的四層進行分析，建立每層的偏微分方程形式的熱傳導(dǎo)模型，求解溫度分分布。引進確定決策變量，目標函數(shù)（衣服重量），約束條件，建立優(yōu)化模型。運用Matlab軟件，使用遺傳算法找到滿足約束條件的厚度的最優(yōu)解。

關(guān)鍵詞：高溫作業(yè)專用服裝 熱傳導(dǎo)模型 微分方程

中圖分類號：TM-9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0139-02

在高溫環(huán)境下工作時，人們需要穿著專用服裝以避免灼傷。專用服裝通常由三層織物材料構(gòu)成，記為I、II、III層，其中I層與外界環(huán)境接觸，III層與皮膚之間還存在空隙，將此空隙記為IV層。為設(shè)計專用服裝，將體內(nèi)溫度控制在37℃的假人放置在實驗室的高溫環(huán)境中，測量假人皮膚外側(cè)的溫度。由此來計算人體溫度分布情況。

1 假人外側(cè)溫度隨時間變化模型的建立

根據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)繪制假人皮膚外側(cè)溫度與時間的散點圖。如圖1所示。

由圖1可知：大約在0～1644s之間溫度隨著時間的增長呈現(xiàn)增長趨勢，在1644s后，溫度是一個定值，在0～1644s之間，時間與溫度呈曲線關(guān)系。由于數(shù)據(jù)的變化趨勢有明顯變化，所以把數(shù)據(jù)分為2段進行處理。對0～1644s的數(shù)據(jù)用非線性回歸的方法進行預(yù)測，后3600s的溫度恒定。

為了更好的研究0～1644s的關(guān)系，運用SPSS對0～1644s的數(shù)據(jù)進行曲線擬合得到的擬合方程為：

2 溫度分布模型的建立

在高溫工作時環(huán)境向人體的傳熱過程簡化為三步：

（1）環(huán)境向服裝的第Ⅰ層傳熱。

（2）服裝第Ⅰ層依次向第Ⅱ、第Ⅲ層傳遞。

（3）服裝第Ⅲ層通過第Ⅳ層向人體傳熱。

以假人外側(cè)某一點為原點，以該點的法線為y軸建立直角坐標系。在環(huán)境溫度為75℃的情況下，建立熱傳導(dǎo)模型對各層進行分析[1]。

對于Ⅰ層，建立如下熱傳導(dǎo)模型：

參考文獻

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[2] 蘇云，王云儀，李俊.消防服衣下空氣層熱傳遞機制研究進展[J].紡織學(xué)報，2016，37（1）：167-172.

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[4] 盧琳珍.多層熱防護服裝的熱傳遞模型及參數(shù)最優(yōu)決定[D].浙江理工大學(xué)，2018.

[5] 馮桂蓮.偏微分方程的MATLAB數(shù)值解法及可視化[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2013，23（12）：120-123.