高溫作業服裝的設計

管慶豐

摘要：今年夏天，全國各地溫度突破新高，使得在室外作業的工人面臨更為嚴峻的“烤”驗。因此，針對某些工種的實際情況研究并設計高溫作業專用服裝是目前較為熱點的問題。本文建立多層圓筒壁導熱模型，借助整體法，并Mathematica中數值模擬出三維圖像，找到圖像穩定點所對應的時間。最后結合模型和圖像，計算得出各層溫度分布情況。

關鍵詞：Mathematica多層圓筒壁導熱模型;整體法

引言

隨著各城市夏季溫度逐漸突破歷史新高，適用于長期高溫作業的服裝性能亟待改進，專用服裝通常由三層織物材料構成，每一層在阻止溫度向內傳遞過程中發揮一定的作用。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。

為設計專用服裝，將體內溫度控制在37?C的假人放置在實驗室的高溫環境中，測量假人皮膚外側的溫度和皮膚外側的溫度變化情況。

1模型建立

1.1多層圓筒壁導熱模型

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

2模型求解

2.1根據中國人均身高體重數據，計算得出圓筒的半徑R：

2.2整體法建立具有初邊值條件的熱傳導方程并分析

對于該非均勻材料，需要重新確定其密度、比熱和熱傳導率，對于密度和比熱，有下面兩個公式來計算：

參考文獻

[1]盧琳珍.多層熱防護服裝的熱傳遞模型及參數最優決定[D].浙江：浙江理工大學，2017.

[2]楊凱.艙外航天服暖體假人的研究及其傳熱模型的建立[D].上海：東華大學，2008.

[3]王元明.數學物理方程與特殊函數（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2012：30-33.