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高温作业服装的设计作者：郭经峰毛敏捷齐丹辰刘兴迪来源：《科技创新导报》2019年第09期摘要：本文针对高温专用服装的设计展开研究，依托MATLAB、LINGO、EXCEL等软件对专用服装各层材料的温度分布进行了详尽的分析，并对不同高温工作环境下服装织物材料厚度进行优化设计。
为确定服装的最优厚度，建立以热量传递的长度为x轴，热量传递的时间为y轴，假人皮肤外层温度热量z轴的温度分布空间三维坐标系，建立以热传导为主的热传递偏微分方程模型，利用MATLAB软件编程得到专用服装（空气层）—皮肤外侧系统温度分布函数，以此函数作为目标约束建立目标规划模型，以皮肤外侧温度不超过47℃且超过44℃的时间不超过5min为刚性约束，以皮肤外层温度不超过45℃为柔性约束（当皮肤外层温度达到45℃时会有灼烧感），构建目标规划数学表达式。
最后，我们对模型进行灵敏度检验和鲁棒性分析，验证模型的可行性，并对模型进行客观的评价和适当的推广。
关键词：高温作业热传递偏微分方程多目标规划中图分类号：TD79 3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（c）-0255-021 基本假设（1）假设专用服装的初始温度与假人皮肤外侧的初始温度相同，均为37℃。
（2）假设外界环境恒为某一定值。
（3）假设专用服装的各层之间接触良好，中间没有附加热阻。
（4）假设专用服装材料的各项参数不随温度、时间的变化而变化。
（5）假设热传递是垂直于皮肤方向进行，故可视为一维的。
（6）假设高温作业环境的热传递以热传导为主，不考虑热辐射以及热对流。
空气层厚度小于8mm，热对流影响小，可忽略。
（7）假设专用服装织物之间，织物与空气层之间，空气层与皮肤外侧之间的温度变化是连续的，温度梯度是跳跃的。
2 模型建立与求解2.1 热传递偏微分方程的建立模型建立。
建立以热量传递的长度为x轴，以热量传递的时间为y轴，以假人皮肤外层温度热量z轴的温度分布空间三维坐标系，为了简化计算，我们选取专用服装第I层织物外侧垂直于假人皮肤外层热量传递的单位面积，并以专用服装第I层织物外侧某一单位面积作为坐标系原点，设第II层厚度为Δx，以热力学温度为温度标准单位。
高温作业专用服装设计的数学模型高温作业专用服装是为了人们在高温下进行作业时避免受伤，使得作业可以安全顺利地开展。
本文主要是对高温作业专用服装在高温环境下的温度分布和服装材料层最优厚度进行计算，来设计更高效更安全的高温作业专用服装。
标签：热传导、干燥热传递模型、热湿耦合模型、Matlab软件、Excel软件一、问题背景人们总避免不了在高温下进行作业，炎热的高温和产生的热辐射极易造成作业人员中暑、晕厥、灼伤等情况，因此高温作业专用服装就十分重要，如消防服、防爆服等。
通常的专用服装一般由三层织物材料构成，分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层，其中Ⅰ层与外界环境接触，Ⅲ层与皮肤之间存有空隙，将此空隙记为IV层。
为了设计此类专用服装，将一假人放置在高温环境的实验室中，并将其体内温度控制在37oC，测量假人皮肤外侧的温度。
为降低研发费用、减短研发时间，请利用数学模型来确定假人皮肤外侧的温度变化情况，并解决以下问题：（1）附件1中给出了专用服装材料的某些参数值，其中，Ⅱ层厚度为6 mm、Ⅳ层厚度为5 mm、在75oC环境温度下工作90分钟进行实验，测得假人皮肤外侧的温度（见附件2）。
建立数学模型，算出温度的分布。
（2）在65oC的环境温度和Ⅳ层的厚度为5.5 mm的情况下，确定Ⅱ层的最优厚度，以保证在60分钟的工作时长时，假人皮肤外侧温度不大于47oC，且超过44oC的时间小于5分钟。
（3）在80环境温度的情况下，保证工作时长为30分钟时，假人皮肤外侧温度不大于47oC，且超过44oC的时间小于5分钟，由此确定Ⅱ层和Ⅳ层的最优厚度。
二、问题分析问题一：建立高温作业专用服装温度的数学模型干燥热传递模型。
【1】最终得到在假人皮肤外侧处的任意时刻的函数，通过数值算法，将附件一中的参数代入，运用matlab软件算出各时间点的温度值。
问题二：当外界环境温度为65oC、IV层的厚度为5.5 mm，工作时长达到60分钟时，假设假人皮肤外側温度超过47oC，或超过44oC的时间大于5分钟时，为安全临界点。
高温作业专用服装设计作者：王福来李翔王梓同来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第14期【摘 ;要】热防护服是对在高温或超高温条件下工作人员的安全保护，其原理是降低热转移速度，使外界的高热缓慢而少量转移至皮肤。
本文基于一定外界温度下，对经过热防护服传热到假人皮肤外侧的热传导模型进行研究。
整个热传导过程分为热防护服中的热传递和空气层的热传递两个阶段。
在热防护服热传递中，从外至内依次是外壳层、防水层、隔热层。
根据能量守恒和热辐射量的满足条件得到三层热防服的非线性变系数的抛物型偏微分方程热传递模型，利用正问题的数值分析方法对模型进行整理和总结，有限差分法求解非线性抛物型方程;对于空气层，根据数据可以利用MATLAB 软件进行四阶拟合，得到假人皮肤外侧的温度与时间的拟合关系。
在以上建立的热传导模型基础上，将环境温度变换为65 ，通过建立初值、左边界和右边界条件，得到约束条件，再运用MATLAB得到防水层的最优厚度。
同样在第一个建立的热传导模型基础上，将温度变为80 ，建立初值、左边界和右边界条件，得到约束条件，再运用MATLAB得到防水层的厚度与隔热层的厚度。
【关键词】热传导;偏微分方程;温度三维分布图一、模型的建立与求解2.1模型的建立与求解参考文献：[1]G.W.Song.Modeling thermal protection outfits for fire exposures[J]，Dissertation Abstracts International，Volume：64-10，Section;B，page：5196;Co-Chairs：Roger L，Bar，2002.[2]俞呂明，热传导及数值分析[M]，清华大学出版社，1981.[3]宋来忠，王志明.数学建模与实验.北京：科学出版社，2005.[4]胡守信，李柏年.基于Matlab的数学实验[M]，北京：科学出版社，2004年第1版。
高温作业专用服装设计的数学建模作者：陈天同崔世宝鲍骏来源：《科技创新导报》2019年第31期摘; ;要：在高温环境下进行工作具有极高的危险性，因此人们往往会在工作时穿上专用的热防护服以保证自身安全。
高温环境下工作时的专用服装一般都是三层织物材料组成的。
热防护服装是应用最为广泛的高温防护服装。
目前关于热防护服装的设计集中在热防护性能的测定、建立热防护服装内部的传热模型以及发展测定热防护性能的试验方法等。
研究的是在一定的环境温度下，身着热防护服的假人的皮肤温度变化的热传导模型。
关键词：热防护服; 热传导微分方程; 最优化模型; 最优厚度; Matlab软件中图分类号：O175.2;TS941; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1674-098X（2019）11（a）-0119-06Abstract： It is very dangerous to work in high temperature environment， so people often wear special thermal protective clothing to ensure their own safety. The special clothing when working in high temperature environment is generally composed of three layers of fabric. Thermal protective clothing is the most widely used high temperature protective clothing. At present， the design of thermal protective clothing focuses on the measurement of thermal protection performance， the establishment of heat transfer model in thermal protective clothing and the development of test methods for measuring thermal protection performance. In this paper， the heat conduction model of skin temperature change of dummies dressed in thermal protective clothing at a certain ambient temperature is studied.Key Words： Thermal protective clothing; Heat conduction differential equation; Optimal model; Optimal thickness; Matlab software1; 問题的重述1.1 问题的背景当人们的工作环境超过了人体舒适温度，就极容易发生危险。
高温作业专用服装设计数学建模高温作业专用服装设计数学建模1. 引言在高温环境下进行作业是一项极具挑战性的任务。
高温不仅会对工人的身体健康产生危害，还可能导致工作效率下降甚至事故发生。
为了保障工人的安全和提高工作效率，设计一种适用于高温作业的专用服装至关重要。
本文将尝试使用数学建模方法来设计高温作业专用服装。
2. 问题描述高温作业环境下，工人需要面临高温、高湿、高压等因素的综合作用。
因此，在设计专用服装时需要考虑以下因素：- 舒适性：材料的透气性能、吸湿性和排汗性能对工人的舒适性有很大影响。
- 保护性：服装的隔热、防火、防辐射等性能需要保护工人免受高温环境的侵害。
- 耐用性：由于高温环境下的工作特殊性，服装需要具备耐高温、耐磨损和抗老化等特点，以保证服装的使用寿命。
3. 数学建模为了设计出满足上述要求的高温作业专用服装，我们可以运用数学建模方法如下：- 确定目标函数：我们将以工人的舒适度和服装的保护性能为优化目标，设计出一种材料组合，使得目标函数达到最大化。
- 建立模型：我们可以利用多元线性回归模型来描述材料的特性与目标函数之间的关系。
通过分析不同材料的吸湿性、透气性、隔热性等指标，我们可以建立一个数学模型来描述服装的性能。
- 参数优化：通过遗传算法、模拟退火等方法，可以求解出最佳的参数组合，来满足高温作业的需求。
4. 模型验证在数学建模的过程中，我们需要进行实验验证，以验证模型的准确性和有效性。
通过实验室测试和实际高温作业场景下的试验，可以对材料和设计方案进行评估和验证。
如果模型预测的结果与实际测量值相符，那么我们可以认为设计方案是可行的。
5. 结果与讨论根据数学建模的结果，我们可以得出高温作业专用服装的设计方案。
通过结合不同材料的优势，我们可以制定出一种符合要求的服装，从而提高工人的舒适度和作业效率，降低工作事故的风险。
6. 结论通过数学建模的方法，我们可以在设计高温作业专用服装时，提供科学的依据和方法。
高温作业专用服装设计的数学建模一、引言高温环境下的作业是一项非常危险的工作，因为高温会对人体造成很大的危害。
为了保护人们在高温环境下进行作业时的安全和健康，设计一种高温作业专用服装是非常重要的。
本文将以数学建模的方法来设计高温作业专用服装，使其在高温环境下提供有效的保护。
二、问题描述在高温环境下进行作业时，人们需要穿上专门设计的服装来保护自己的安全和健康。
高温环境下的作业通常会导致人体大量出汗，使得身体容易出现中暑和脱水等健康问题。
高温作业专用服装需要具有以下几个特点：1. 保持人体温度平衡，避免过热或过冷；2. 透气性好，能够排除体内多余的热量和汗液；3. 耐高温，不易燃烧并具有一定的防火性能；4. 耐磨损和耐腐蚀，能够在高温环境下长时间使用。
三、数学建模为了设计高温作业专用服装，我们可以采用数学建模的方法来分析和解决这一问题。
我们需要对高温环境下的作业条件进行分析和建模，包括环境温度、湿度、辐射热等因素；然后，我们可以通过数学模型来描述高温作业专用服装的特性和性能；我们可以利用数学优化方法来设计出最优化的高温作业专用服装。
1. 高温环境下的作业条件分析高温环境下的作业条件通常可以用以下几个因素来描述：环境温度T、湿度H、辐射热R、作业时间t等。
这些因素会对人体造成不同程度的影响，如导致体温升高、出汗、脱水等健康问题。
我们需要对这些因素进行定量分析和建模，以便在设计高温作业专用服装时能够有效地保护人体健康。
2. 高温作业专用服装的特性和性能描述高温作业专用服装通常需要具有一定的特性和性能，如保温性能、透气性能、防火性能等。
我们可以通过数学模型来描述这些特性和性能，以便在设计时能够充分考虑到这些因素，从而提高服装的保护性能和舒适性。
3. 最优化设计在设计高温作业专用服装时，我们需要考虑到不同的因素如材质、结构、厚度、颜色等因素，以使得服装在高温环境下具有最佳的保护性能和舒适性。
我们可以利用数学优化方法来对这些因素进行分析和优化，以设计出最优化的高温作业专用服装。
基于热传导理论对高温专用服装设计问题的研究摘要本文针对高温作业专用服装设计问题，运用了热传导理论、抛物型微分方程、差分法近似求解、多目标最优化、遗传算法等方法，建立了热防护服－空气层－皮肤模型、第Ⅱ层厚度最优模型和第Ⅱ层第IV层厚度最优模型，综合运用了Matlab等软件编程求解。
在问题一的条件下，得到了每层材料的温度，在问题二的约束条件下，第Ⅱ层的最优厚度为5.998mm，在问题三的条件下，第Ⅱ层和第IV层的最优厚度分别为12.03425mm和6.4mm等结论。
针对问题一，要求计算温度分布的问题。
首先运用热传导理论、抛物型微分方程和差分近似求解法建立了热防护服－空气层－皮肤模型，然后运用了Matlab 编程求解，得到温度在各个材料层的分布。
针对问题二，要求在题目条件下，求解第Ⅱ层的最优厚度。
首先，采用了最优化理论和遗传算法建立了第Ⅱ层厚度最优模型，然后运用了Matlab编程求解，最后得出第Ⅱ层的最优厚度为5.998mm。
针对问题三，在题目给定条件下，求解第Ⅱ层和第IV层的最优厚度。
首先，采用了多目标优化和遗传算法建立了第Ⅱ层第IV层厚度最优模型，然后运用了Matlab编程求解，最后得出第Ⅱ层和第IV层的最优厚度分别为12.0345mm和6.4mm。
本文最后还对模型进行了误差分析，对模型的优缺点进行了客观的评价，基于热湿耦合理论对本文未考虑湿热传递进行了改进。
本文的创新点在于用差分法求解模型近似解，避免了求解模型解析解过于复杂难以求解的情况，节省了时间，提高了模型精度。
关键词：抛物型微分差分法遗传算法热防护服－空气层－皮肤模型一、问题重述在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤。
高温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，第IV层为III层与皮肤之间存在的空隙。
将体内温度控制在37ºC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。
高温作业专用服装设计的数学建模1. 引言1.1 高温作业专用服装设计的数学建模简介在高温环境下进行作业是一项极具挑战性的任务，特别是在需要长时间接触高温的情况下，员工需要穿着专门设计的高温作业专用服装来保护自己免受热源伤害。
而设计这些高温作业专用服装需要考虑许多因素，比如材料的选择、热阻性能、透湿性能、舒适性以及耐热性能等。
数学建模在高温作业专用服装设计中发挥着重要的作用。
通过数学建模，设计师可以更好地理解热传导、透湿性以及舒适性等物理现象，从而优化设计方案，确保服装在高温环境下具有良好的保护效果和穿着舒适性。
本文将重点介绍高温作业专用服装的数学建模方法，包括材料选型的数学建模、热阻的数学建模、透湿性能的数学建模、舒适性的数学建模以及耐热性能的数学建模。
通过对这些关键指标的数学建模，设计师可以更好地理解服装在高温环境下的表现，进而改进设计方案，提高服装的保护效果和穿着舒适性。
通过数学建模，高温作业专用服装设计可以更加科学和精准，为工作者提供更好的保护。
2. 正文2.1 高温环境下工作服材料选型的数学建模在高温环境下工作服的材料选型是设计高温作业专用服装的关键之一。
通过数学建模可以帮助我们选择合适的材料，并优化设计方案，以确保工作人员在高温环境下的安全和舒适。
我们需要考虑材料的热传导性能。
热传导性能决定了材料对热量的传递速度，直接影响着工作服的隔热性能。
通过数学模型可以计算不同材料的热传导系数，从而选择具有较好隔热性能的材料。
材料的抗拉强度和耐磨性也是关键因素。
数学建模可以帮助我们预测不同材料在高温环境下的机械性能，包括抗拉强度、耐磨性等指标。
这些指标直接影响着工作服的耐久性和安全性。
材料的透气性和吸湿性也需要考虑。
数学模型可以帮助我们计算不同材料的透气性能和吸湿性能，以确保工作服在高温环境下具有良好的透气性和舒适性。
2.2 高温作业专用服装热阻的数学建模高温作业专用服装热阻的数学建模是在设计高温环境下工作服时必不可少的一部分。
基于多层织物热传递模型的高温作业服厚度设计作者：王紫叶龚文喆郭祎达来源：《现代商贸工业》2019年第09期摘要：针对高温作业服各层织物厚度设计问题，建立基于服装舒适度的厚度优化模型。
用衣服的重量和松紧度衡量衣服的舒适度，以服装舒适度最大化作为目标函数，以高温工作期间不发生烫伤的情况构建约束条件，根据三层织物、一层空气层以及两层皮肤组织的密度、比热、热传导率和厚度，分别对六层介质建立热传导方程，采用有限差分格式求解人体外表皮温度，再运用拟牛顿算法求解基于服装舒适度的厚度优化模型，最终第Ⅱ层织物的最优厚度为19.8mm，空气层的最优厚度为3.2mm。
关键词：基于服装舒适度的厚度优化模型;有限差分格式;拟牛顿算法中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/ki.1672-3198.2019.09.0911 引言高温作业服近些年被广泛关注，消防、矿藏勘探及开采这些高温作业行业都需要专用的服装来避免工作人员在工作时被热蒸汽及各种高温环境所灼伤。
因此研究高温作业的专用服装对于保障工作人员高温作业安全并提供良好的舒适度具有非常重要的意义。
关于高温作业服的设计，国内外学者从高温防护服材料和服装防护性能对高温作业服进行了设计研究。
文献[1]对防护服热辐射防护性能进行测试，并研究了皮肤与织物之间的空气层对热阻的影响。
文献[2]针对单层热防护服装织物以及“热防护服装-空气层-皮肤”系统建立了高温环境下的热传递数学模型并且对服装空气层厚度进行了优化研究。
文献[3]采用有限元软件ANSYS 建立织物与空气层的组合模型，并从织物种类、空气层厚度、对流条件三个方面对不同的模型进行瞬态传热模拟，同时探索了空气等效导热系数的增大对热量传递的影响。
以上都没有对多层织物材料的高温作业服进行多层材料厚度优化。
本文建立了基于服装舒适度的厚度优化模型，采用有限差分格式求解人体外表皮温度，运用拟牛顿算法求解两层材料的最优厚度。
