高溫作業(yè)服裝的設(shè)計(jì)

管慶豐

摘要：今年夏天，全國(guó)各地溫度突破新高，使得在室外作業(yè)的工人面臨更為嚴(yán)峻的“烤”驗(yàn)。因此，針對(duì)某些工種的實(shí)際情況研究并設(shè)計(jì)高溫作業(yè)專用服裝是目前較為熱點(diǎn)的問題。本文建立多層圓筒壁導(dǎo)熱模型，借助整體法，并Mathematica中數(shù)值模擬出三維圖像，找到圖像穩(wěn)定點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。最后結(jié)合模型和圖像，計(jì)算得出各層溫度分布情況。

關(guān)鍵詞：Mathematica多層圓筒壁導(dǎo)熱模型;整體法

引言

隨著各城市夏季溫度逐漸突破歷史新高，適用于長(zhǎng)期高溫作業(yè)的服裝性能亟待改進(jìn)，專用服裝通常由三層織物材料構(gòu)成，每一層在阻止溫度向內(nèi)傳遞過程中發(fā)揮一定的作用。這一般記為I、II、III層，其中I層與外界的高溫環(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(jì)專用服裝，將體內(nèi)溫度控制在37?C的假人放置在實(shí)驗(yàn)室的高溫環(huán)境中，測(cè)量假人皮膚外側(cè)的溫度和皮膚外側(cè)的溫度變化情況。

1模型建立

1.1多層圓筒壁導(dǎo)熱模型

把假人想象成一個(gè)圓筒，以重心為原點(diǎn)、水平方向向外為x軸、豎直向上為溫度u軸建立直角坐標(biāo)系，它的每一層外殼則是防護(hù)服的空氣層和織物層：

2模型求解

2.1根據(jù)中國(guó)人均身高體重?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算得出圓筒的半徑R：

2.2整體法建立具有初邊值條件的熱傳導(dǎo)方程并分析

對(duì)于該非均勻材料，需要重新確定其密度、比熱和熱傳導(dǎo)率，對(duì)于密度和比熱，有下面兩個(gè)公式來計(jì)算：

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