基于热传递模型的高温作业专用服装温度分布研究

陈青阳 陈怡钒 王永平

摘   要：火灾救援是一项较为严峻的任务，科学设计防火服不仅对消防员的人身安全有帮助，同时在紧急时刻也能够增加居民的生存率。本文围绕“高温作业专用服装设计”这一主题，借助Excel、MATLAB等工具，针对不同高温环境、不同工作时间和不同温度上限的情况，结合热传递模型，计算温度分布，实际上是以偏微分方程为基础分别建立织物间和空气间的热传递模型。通过热传递模型，研究I、II、III、IV层之间的温度分布。利用MATLAB中的pdepe函数，根据初始条件和边界条件得到温度分布表。

关键词：热传递模型  偏微分方程  Matlab软件  最优厚度

中图分类号：O241                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0109-02

高温作业专用服装中要得到温度分布，对于I、II、III、IV层，按距离来说，每层分别均匀的分成若干段距离;按时间来说，按间隔为1s把1～5400s分成5400段。接下来把每一层都列出关于密度、比热、热传导率等条件的偏微分方程，并求得相关初始条件、边界条件。然后利用MATLAB的pdepe函数解这些偏微分方程，取合适的网格，最后就可以得到每一层温度分布。若结果与题目偏差较大，再考虑其他因素的影响，进而改进模型。

1  模型准备

高温作业专用服装有I、II、III层织物材料，第IV层是服装和皮肤之间的空隙，查阅相关资料，可知热传递形式有三种：热传导、热辐射、热对流。服装、皮肤的四层之间主要有两种形式：热传导和热辐射。第I层与外界环境接触，第IV层是空气层，这两层既有热传导，又有热辐射;而第II、III层只有热传导一种热传递形式。

2  模型建立

4  结语

服装作为人与环境的中间体，充当人体第二皮肤的作用。尤其是随着目前建筑物设计越来越高，火灾发生时久远的难度也越来越大。当人们从事的生产活动随着时代发展变得愈发复杂和多变的时候，针对不同环境下对服装性能的要求也变得愈发提高。在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤。专用服装通常由3层织物材料构成，通过建立数学模型，计算温度分布，我们得到每通过一层織物材料温度都有一定的下降，并且当热传递传递至第III与第IV层的接触面时最终稳定在60.45℃附近。

参考文献

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