高溫作業專用服裝設計

張敏 張曉欣 王倩男 王爭爭

滄州師范學院

熱防護服是對人員在超高溫或高溫條件下工作時進行的安全保護。防護原理是降低熱轉移速度，使外界的高熱緩慢而少量的轉移至皮膚。本文是研究在高溫環境工作時，環境溫度到假人外側皮膚的傳熱量與防護服不同層度厚度等因素之間的關系。

一、90分鐘內防護服測試數據研究

人體在初始時刻溫度為37°C，到1645s時溫度保持在48.08°C不變。因此，利用EXCEL文件進行繪圖，得到關于假人外側皮膚溫度與時間的一個擬合關系式為y = 0.0006x + 45.988。接下來，依據傅里葉傳熱定律和微分方程建立了環境溫度通過熱防護服到假人皮膚的熱傳導模型。利用模型和皮膚溫度的擬合關系，通過MATLAB繪制出溫度分布圖，并將數據通過EXCEL文件展示。

二、II層最優厚度

考慮熱防護服I，IV，III層厚度保持不變的條件下，環境溫度給出了固定值時，在保證工作時間一定時，約束條件為假人皮膚外側溫度大于44°C，并且時間不超過5分鐘，同時溫度不大于47°C，利用熱傳導模型和熱力學公式從而得到II層最優厚度。

依據傅里葉定律可知傳導的熱量與溫度梯度，傳熱面積和傳熱時間成正比

因此有以下在厚度為x時和0時的關系式：

和能量守恒定律可推出以下導熱微分方程一般形式:

在問題一已知外界環境溫度為75℃，I層厚度為0.6mm時，由上述公式可得通過一層的溫度為41.98℃，從而求得II層溫度范圍為22.82℃～95.08℃，進而求得III層溫度為16.78℃～43.29℃，最終得到IV層溫度范圍為37.2℃～39.1℃。

最終得到溫度分布圖如下：