發(fā)布時間：2021-01-18 08:19

　　穿戴高溫防護(hù)服是防止人在高溫作業(yè)環(huán)境中被灼傷的重要手段。本文對高溫防護(hù)服傳熱過程進(jìn)行分析,在合理簡化假設(shè)的基礎(chǔ)上將此過程轉(zhuǎn)化為一維熱傳導(dǎo)問題,建立基于一維熱傳導(dǎo)方程的高溫防護(hù)服溫度分布模型,并確定初始條件、邊界條件及耦合條件。為避免求解復(fù)雜的偏微分方程,本文采用有限差分法對偏微分方程進(jìn)行求解。考慮到防護(hù)服的實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性,本文對防護(hù)服的厚度進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化,并采用變步長搜索法對單目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。 

【文章來源】：科技創(chuàng)新導(dǎo)報. 2019,16(04)

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

防護(hù)服-人示意圖

偃頌迥冢?齔鋈繽?所示的示意圖，其中第V層為虛擬的皮膚層。其中防護(hù)服各層材料參數(shù)如表1所示。本文將多層防護(hù)服等間隔劃分77個點(diǎn)（此時d=6mm），對于等間隔的位置節(jié)點(diǎn)，將其分為內(nèi)點(diǎn)，交界點(diǎn)，邊界點(diǎn)三類。1.1熱傳導(dǎo)方程對于內(nèi)點(diǎn)，其滿足一維熱傳導(dǎo)方程為[2]：(1)對于(n,i)點(diǎn)，其熱傳導(dǎo)方程對應(yīng)的差分方程為：(2)其中，為(n,i)所在層的材料參數(shù)，表示在x處t時刻的溫度值。1.2耦合條件本文引入第i層介質(zhì)的熱通量(3)對于各層之間的交界點(diǎn)，其滿足熱通量相等和溫度相等即（4）式。(4)圖1防護(hù)服-人示意圖圖2隱格式網(wǎng)格劃分示意圖

導(dǎo)際?科技創(chuàng)新導(dǎo)報ScienceandTechnologyInnovationHerald1271.3初邊值條件由于假人在穿上防護(hù)服足夠長的時間后進(jìn)入高溫環(huán)境，所以初始時衣服溫度均為37℃,對于位于衣服最外層的邊界點(diǎn)，其溫度恒為75℃,不隨時間變化，對于位于衣服表皮的點(diǎn)，本文測得了其在9min內(nèi)每秒的瞬時溫度值。將關(guān)于各點(diǎn)的差分方程聯(lián)立，得到式(5)線性方程組。(5)(6)其中，(7)本文利用MATLAB對該非穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行求解[3]，得出“防熱服-假人”系統(tǒng)中溫度隨時間和位置的分布情況，作出系統(tǒng)溫度隨時間(s)以及位置(mm)的分布圖如圖3所示：為了便于觀察規(guī)律，本文選取各交界面處的點(diǎn)，作出其溫度隨時間變化的曲線，如圖4所示。由圖4可以得出，3個點(diǎn)的溫度隨時間的變化先快速增加而后趨于穩(wěn)定值。但是各點(diǎn)最先趨于定值的時間不同。2基于熱傳導(dǎo)方程的防護(hù)服優(yōu)化模型2.1目標(biāo)函數(shù)的確定在選擇防護(hù)服時要求當(dāng)環(huán)境溫度為65℃、IV層的厚度為5.5mm時，確保工作60min時，假人皮膚外側(cè)溫度不超過47℃，且超過44℃的時間不超過5min。由于第II層厚度為一個區(qū)間范圍，由圖3大致得出II層厚度越大，越能滿足設(shè)計(jì)要求。(1)從經(jīng)濟(jì)角度考慮:專用服裝的制作成本與其織物材料的厚度成正比，因而在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，第II層厚度越小，服裝的成本越低。(2)從舒適性的角度考慮：在其他三層介質(zhì)厚度確定的條件下，II層厚度越小，總體厚度越小，防護(hù)服的質(zhì)量越小，穿著越舒適。從制作成本和舒適度方面綜合考慮，本文建立以II層厚度最小為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型。2.2約束條件的確定(1)確定保證工作60min時，假人皮膚外側(cè)溫度不超過47℃的約束條件外界溫度始終大于皮膚層溫度，在這個熱傳導(dǎo)過程中，皮膚層溫度隨時間升高，因此只要保證最大工作時間t=3600s時，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱傳導(dǎo)方程有限差分法的MATLAB實(shí)現(xiàn)[J]. 史策.  咸陽師范學(xué)院學(xué)報. 2009(04)

碩士論文
[1]多層熱防護(hù)服裝的熱傳遞模型及參數(shù)最優(yōu)決定[D]. 盧琳珍.浙江理工大學(xué) 2018



本文編號：2984609