高温作业专业服装设计

胡洋　陈程　韩书楠

摘 要：高温作业服是高温环境下工作的人们所必须穿着的服装。它主要由三层构成，每层都有隔热效果。高温作业服每层的厚度影响着它的性能。为了降低研发成本，缩短研发周期，每一层的最优厚度需要确定，这是本文所要研究的问题。对高温作业服的四层进行分析，建立每层的偏微分方程形式的热传导模型，求解温度分分布。引进确定决策变量，目标函数（衣服重量），约束条件，建立优化模型。运用Matlab软件，使用遗传算法找到满足约束条件的厚度的最优解。

关键词：高温作业专用服装 热传导模型 微分方程

中图分类号：TM-9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（c）-0139-02

在高溫环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤。专用服装通常由三层织物材料构成，记为I、II、III层，其中I层与外界环境接触，III层与皮肤之间还存在空隙，将此空隙记为IV层。为设计专用服装，将体内温度控制在37℃的假人放置在实验室的高温环境中，测量假人皮肤外侧的温度。由此来计算人体温度分布情况。

1 假人外侧温度随时间变化模型的建立

根据调查的数据绘制假人皮肤外侧温度与时间的散点图。如图1所示。

由图1可知：大约在0～1644s之间温度随着时间的增长呈现增长趋势，在1644s后，温度是一个定值，在0～1644s之间，时间与温度呈曲线关系。由于数据的变化趋势有明显变化，所以把数据分为2段进行处理。对0～1644s的数据用非线性回归的方法进行预测，后3600s的温度恒定。

为了更好的研究0～1644s的关系，运用SPSS对0～1644s的数据进行曲线拟合得到的拟合方程为：

2 温度分布模型的建立

在高温工作时环境向人体的传热过程简化为三步：

（1）环境向服装的第Ⅰ层传热。

（2）服装第Ⅰ层依次向第Ⅱ、第Ⅲ层传递。

（3）服装第Ⅲ层通过第Ⅳ层向人体传热。

以假人外侧某一点为原点，以该点的法线为y轴建立直角坐标系。在环境温度为75℃的情况下，建立热传导模型对各层进行分析[1]。

对于Ⅰ层，建立如下热传导模型：

参考文献

[1] 卢琳珍，徐定华，徐映红.应用三层热防护服热传递改进模型的皮肤烧伤度预测[J].纺织学报，2018，39（1）：111-118，125.

[2] 苏云，王云仪，李俊.消防服衣下空气层热传递机制研究进展[J].纺织学报，2016，37（1）：167-172.

[3] 李志华，喻军，杨红光.偏微分方程与微分代数方程的一致求解方法[J].中国机械工程，2015，26（4）：441-445.

[4] 卢琳珍.多层热防护服装的热传递模型及参数最优决定[D].浙江理工大学，2018.

[5] 冯桂莲.偏微分方程的MATLAB数值解法及可视化[J].计算机技术与发展，2013，23（12）：120-123.