基于熱傳遞模型的高溫作業(yè)專用服裝溫度分布研究

陳青陽(yáng) 陳怡釩 王永平

摘 ? 要：火災(zāi)救援是一項(xiàng)較為嚴(yán)峻的任務(wù)，科學(xué)設(shè)計(jì)防火服不僅對(duì)消防員的人身安全有幫助，同時(shí)在緊急時(shí)刻也能夠增加居民的生存率。本文圍繞“高溫作業(yè)專用服裝設(shè)計(jì)”這一主題，借助Excel、MATLAB等工具，針對(duì)不同高溫環(huán)境、不同工作時(shí)間和不同溫度上限的情況，結(jié)合熱傳遞模型，計(jì)算溫度分布，實(shí)際上是以偏微分方程為基礎(chǔ)分別建立織物間和空氣間的熱傳遞模型。通過(guò)熱傳遞模型，研究I、II、III、IV層之間的溫度分布。利用MATLAB中的pdepe函數(shù)，根據(jù)初始條件和邊界條件得到溫度分布表。

關(guān)鍵詞：熱傳遞模型 ?偏微分方程 ?Matlab軟件 ?最優(yōu)厚度

中圖分類號(hào)：O241 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（b）-0109-02

高溫作業(yè)專用服裝中要得到溫度分布，對(duì)于I、II、III、IV層，按距離來(lái)說(shuō)，每層分別均勻的分成若干段距離;按時(shí)間來(lái)說(shuō)，按間隔為1s把1～5400s分成5400段。接下來(lái)把每一層都列出關(guān)于密度、比熱、熱傳導(dǎo)率等條件的偏微分方程，并求得相關(guān)初始條件、邊界條件。然后利用MATLAB的pdepe函數(shù)解這些偏微分方程，取合適的網(wǎng)格，最后就可以得到每一層溫度分布。若結(jié)果與題目偏差較大，再考慮其他因素的影響，進(jìn)而改進(jìn)模型。

1 ?模型準(zhǔn)備

高溫作業(yè)專用服裝有I、II、III層織物材料，第IV層是服裝和皮膚之間的空隙，查閱相關(guān)資料，可知熱傳遞形式有三種：熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流。服裝、皮膚的四層之間主要有兩種形式：熱傳導(dǎo)和熱輻射。第I層與外界環(huán)境接觸，第IV層是空氣層，這兩層既有熱傳導(dǎo)，又有熱輻射;而第II、III層只有熱傳導(dǎo)一種熱傳遞形式。

2 ?模型建立

4 ?結(jié)語(yǔ)

服裝作為人與環(huán)境的中間體，充當(dāng)人體第二皮膚的作用。尤其是隨著目前建筑物設(shè)計(jì)越來(lái)越高，火災(zāi)發(fā)生時(shí)久遠(yuǎn)的難度也越來(lái)越大。當(dāng)人們從事的生產(chǎn)活動(dòng)隨著時(shí)代發(fā)展變得愈發(fā)復(fù)雜和多變的時(shí)候，針對(duì)不同環(huán)境下對(duì)服裝性能的要求也變得愈發(fā)提高。在高溫環(huán)境下工作時(shí)，人們需要穿著專用服裝以避免灼傷。專用服裝通常由3層織物材料構(gòu)成，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算溫度分布，我們得到每通過(guò)一層織物材料溫度都有一定的下降，并且當(dāng)熱傳遞傳遞至第III與第IV層的接觸面時(shí)最終穩(wěn)定在60.45℃附近。

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