發(fā)布時(shí)間：2022-01-01 07:42

　　為得到相對(duì)精確的熱防護(hù)服非穩(wěn)態(tài)隔熱性能預(yù)測(cè)數(shù)值,基于傳熱系統(tǒng)的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型,在防護(hù)服材料外表面分別為恒溫邊界條件和Howard模型對(duì)流邊界條件下,利用有限差分法分別計(jì)算了2種邊界條件下模擬皮膚處溫度的時(shí)程曲線,所得結(jié)果均與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值差別較大。在細(xì)致分析傳熱過程的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用傅里葉定律、牛頓冷卻定律、以及Howard模型對(duì)流邊界條件,在線化假設(shè)下提出了一種自然對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算方法,代入非穩(wěn)態(tài)模型后利用有限差分法進(jìn)行了求解,隨著時(shí)間步長(zhǎng)的加密,計(jì)算結(jié)果迅速向?qū)嶒?yàn)測(cè)量值收斂,當(dāng)時(shí)間步長(zhǎng)為0.001 s時(shí),計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果誤差小于0.1℃。 

【文章來源】：紡織學(xué)報(bào). 2020,41(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

傳熱系統(tǒng)組成

利用上述方法對(duì)圖1所示傳熱系統(tǒng)進(jìn)行分析,服裝內(nèi)表面發(fā)射率εin取0.8,模擬皮膚發(fā)射率εs取0.97,服裝外表面發(fā)射率εout取0.1,λ5/δ5=5.433 W/(m·K),標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的物理屬性由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局氣體熱性能表No. 564根據(jù)空氣溫度插值確定。 圖2示出防護(hù)服外表面在不同邊界條件和不同時(shí)間步長(zhǎng)下模擬皮膚外側(cè)溫度的計(jì)算結(jié)果。虛線是防護(hù)服外表為恒溫75 ℃時(shí)的情況,計(jì)算結(jié)果均高于實(shí)驗(yàn)值[13],趨于穩(wěn)態(tài)時(shí)最大差值為3.92 ℃,但趨于穩(wěn)態(tài)的時(shí)間與實(shí)驗(yàn)值吻合較好,該邊界條件高估了防護(hù)服外表面的熱傳遞,總體上與實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大;點(diǎn)劃線是防護(hù)服外表面自然對(duì)流系數(shù)按Howard模型計(jì)算時(shí)的結(jié)果,計(jì)算結(jié)果均低于實(shí)驗(yàn)值,非穩(wěn)態(tài)階段最大差值為6.6 ℃,趨于穩(wěn)態(tài)時(shí)溫度值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,但在時(shí)間上有較大的滯后,該邊界條件低估了防護(hù)服外表面的熱傳遞,總體上與實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差更大,盡管如此,利用該邊界條件計(jì)算穩(wěn)態(tài)溫度情況時(shí)卻可以獲得令人滿意的結(jié)果;實(shí)線是上述2種情況計(jì)算結(jié)果的加權(quán)平均,經(jīng)該方式處理后的數(shù)據(jù)在一定程度上得到了改善,但與實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍有不小的差距,尤其是在穩(wěn)態(tài)階段。從上述分析可以看出,防護(hù)服外表面的傳熱邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果有著非常重要的影響,是影響防護(hù)服隔熱性能模擬精度的關(guān)鍵因素,從對(duì)2種典型邊界條件的計(jì)算可以看出,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果差別較大,雖在一定程度上反映出了溫度隨時(shí)間的變化情況,但仍然不夠理想。

圖3示出時(shí)間步長(zhǎng)為0.001 s時(shí)計(jì)算結(jié)果相對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的誤差�？梢钥闯�,隨著時(shí)間步長(zhǎng)的加密(空間步長(zhǎng)相應(yīng)加密)計(jì)算結(jié)果迅速收斂,當(dāng)時(shí)間步長(zhǎng)為0.001 s時(shí),計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度一致,從圖3可以看出整體誤差小于0.1 ℃,計(jì)算結(jié)果令人滿意。即便是時(shí)間步長(zhǎng)為0.1 s的情況,其計(jì)算結(jié)果也優(yōu)于圖2中利用Howard模型所得的結(jié)果。圖4示出時(shí)間步長(zhǎng)為0.001 s時(shí)熱流密度隨時(shí)間的變化。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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