高溫作業專用服裝設計

趙峰禹 何慶偉 趙小程

摘要：為了解決在高溫作業環境下，為了使工作人員可以更好的進行工作。必須解決在不同溫度環境下，高溫作業服裝每層厚度的確定。針對不同的外界溫度在給定每層不同的厚度。利用假人進行皮膚表層溫度測定。根據假人皮膚外側的實際溫度，得到溫度分布圖像，建立出假人皮膚外側溫度與所處環境時長的數學函數。需要解決在不同的環境溫度下針對每層不同的厚度，不同的工作時間，來確定每層的最優厚度。利用了一維數學模型，將其看成是單位面積的不同厚度的分析，從而確定優化問題。

關鍵詞：熱傳導；最優厚度；溫度分布

1、模型建立

根據所給的參數進行分析，可以將每一層的材料看成不同的熱阻（設有四層不同的材料）。將高溫專用服裝看成一個單位面積的服裝，但存在厚度的變化，利用Laplace變換導出的公式對于單層的材料有兩側溫差與該層吸收熱量的方程。利用熱傳導有限元法，將有限單元法應用到高溫作業服的溫度效應計算，提出了計算服裝不同層厚度的公式。[1]

2、模擬出假人皮膚外側溫度與時間的擬合曲線。

將給定的數據利用SPSS軟件進行仿真，得到如圖1所示的擬合曲線。因變量是溫度，自變量為時間。并且得到表1中的數據，以此來建立擬合曲線方程。

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、構造每層傳遞溫度與厚度之間的關系

有

即每層兩側的溫度差，也成為熱推動力；

表示熱阻。

對于穩定導熱過程，各層的導熱速率必然相等，將該適用于不同層上，將其進行推廣，不同層厚度分別設為d1、d2、d3、d4，在穩定導熱時，導熱速率Q不隨時間變化，傳熱面積為單位面積并且導熱系數是常量。不同層的導熱系數分別為λ1、λ2、λ3、λ4，設假人表皮溫度為t5，外界環境溫度為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。

根據以上的公式可以推導出來，每一層的所要承受的溫度降的關系，從而可以從最內層的假人體表溫度依次推到每一層的溫度。

利用問題分析時利用的熱阻，當處于穩態的時候，可以得到一個熱量Q與熱阻（其中包含了材料層的厚度）之間的關系，熱阻等于材料厚度除以材料面積乘以材料的熱傳導率，從而可以把每一層材料的熱阻求出來。將穩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，進而可以求出來每層的溫度是多少。

參考文獻：

[1]汪泓吉等.不同溫降下渡槽溫度應力模擬及保溫層厚度設計[J].人民長江.武漢理工大學，2018.1

[2]馮強等.多層介質寒區公路隧道保溫層厚度計算的一種解析方法[J].巖土工程學報.江蘇，2014.10

[3]荊有印等.寒冷地區外墻保溫對建筑負荷的影響及經濟保溫層厚度的確定[J].建筑科學.華北電力大學，2007.12

[4]李蒙等.重慶地區雙層玻璃幕墻的夏季傳熱效能分析[D].重慶，2012.4

[5]于靖華等.夏熱冬冷地區居住建筑屋頂保溫層最佳厚度分析[J].中南大學學報.2012.4