多层高温作业服装模型的研究

《基于计算机仿真的高温作业服设计分析》摘要：当Ⅱ层织物厚度δδ增大时，最长安全工作时间就越长，这是由于织物厚度变大，热阻也会相应地变大，的最优解：，建立“Ⅱ层织物厚度—温度分布”的关系，已知Ⅱ层织物厚度的范围，利用value 评估函数，来对该范围内的各厚度值进行评估石鎏赵飞王玉昆摘要：本文研究了高温作业专用热防护服材料的热传导问题，为热防护服的功能性设计提供方案和参考。

首先分析各项因素对热传导过程的影响，基于合理假设简化模型，根据热学相关定理，建立"热防护服-空气层-人体"的热传导模型，为分析后续问题奠定基础。

其次建立"Ⅱ层织物厚度-温度分布"的关系，已知Ⅱ层织物厚度的范围，本文从此范围里差分取特殊值用计算机进行数据处理，得到一系列与Ⅱ层厚度有关的温度分布情况。

最后利用value 评估函数，来对该范围内的各厚度值进行评估，具有较高经济型和舒适度的Ⅱ层织物材料厚度为10.5mm。

关键词：高温作业专用服装;热传导模型;有限差分法引言在消防和工业生产过程中，工作人员常常工作于高温环境下，需要穿着专用服装。

避免皮肤灼伤。

高温作业专用服装不仅具有普通防护服的服用性能，更必须具备在高温条件下对人体进行安全防护的功能。

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，III 层与皮肤之间还存在空气层，将此空气层记为 IV 层，可以起到缓冲传热的作用。

热防护服使人体表皮温度在规定时间内维持在安全值范围内，是人体安全的重要保证。

1 .热传导基础模型建立假设人体体内的温度恒定为37℃，假设各织物层之间接触紧密，不考虑各层之间交界处的热阻，以热防护服最外侧与实验室高温环境接触处为坐标原点建立坐标系，x 轴正向指向皮肤方向，可得“多层热防护服—空气层—人体”的系统。

根据传统的 Pennes 的生物热传导模型，假设组织是连续性介质，将织物的热传导性质同性化到各类皮肤组织的热传导性质上，即可将该系统完善为从实验室的恒定高温热源到假人体内37℃的恒定低温热源之间共有七层导热介质的双热源一维导热系统。

着装人体热应激评估中热生理模型的研究进展作者：刘冰清王中昱王云仪来源：《丝绸》2024年第05期Research progress on thermo-physiological models in the assessment ofthermal stress in dressed human bodies摘要：在消防及工业场景中，穿戴防护服的作业人员于高温热环境下工作，可能面临体温升高、脱水、疲劳及中暑等热应激问题。

相较于真人实验、假人测试及热应力预测模型，热生理模型具有建模灵活、预测稳定等优势，已被广泛应用于高温环境中的热应激评估。

文章从人体建模仿真、人体环境传热模型和服装传热模拟三个方面，归纳了热生理模型评估的影响因素，并展望了未来研究的发展方向。

首先，结合生理学、神经科学等领域的研究，以提高高温环境下人体热调节模拟的准确性;其次，整合动态传热系数于人体与环境传热模型，克服模型区段差异和高温热传递模拟的挑战;最后，进一步细化服装模型，并加强与热生理模型的结合。

关键词：热生理模型;防护服;人体安全评估;热应激;体温调节中图分类号：TS941.16文献标志码：A文章编号： 10017003（2024）05期数0069起始页码09篇页数DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2024.05期數.009（篇序）收稿日期：20230930;修回日期：20240402基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金项目（2232023G-08）;上海市科学技术委员会“科技创新行动计划”“一带一路”国际合作项目（21130750100）作者简介：刘冰清（1999），女，硕士研究生，研究方向为服装舒适性与功能服装。

通信作者：王云仪，教授，*****************.cn。

在工业作业和消防救援过程中，作业人员经常面临外界高温、烈火、强辐射及蒸汽等极端环境的威胁［1］，同时负担高强度的工作任务。

基于热传导模型的高温作业专用服装设计作者：王婧琦乔梦雪刘艺航肖亚美来源：《无线互联科技》2019年第11期摘; ;要：高温作业专用服装不仅适用于消防人员在火场的火焰区进行抢险救援，也可适用于玻璃、水泥、陶瓷等行业中的高温抢修时穿着。

文章针对提供隔热保护专用服装的设计问题，结合相应数据建立环境温度随时间变化的热传导模型，利用偏微分方程边界值问题差分法对所建模型进行求解，进而确定高温作业专用服装厚度的最优设计。

關键词：高温作业服装;热传导;偏微分方程1; ; 问题分析首先，利用Matlab仿真对附件数据进行处理得出皮肤温度随时间变化的曲线图。

其次，通过对数据进行三阶拟合可得到假人皮肤温度与时间变化的函数关系为：y=（9.1e−0.9）x3−（3e−0.5）x2+0.033x+37再次，以第I层接触空气的点为原点，沿 II，III，IV，皮肤层方向为x轴建立坐标系，进而确定环境温度随时间变化的热传导数学模型，此模型分为高温作业下专用服装中的热传递模型与空气层中的热传递模型。

最后，利用偏微分方程边界值问题差分法对所建模型进行求解。

2; ; 模型假设（1）热防护服装的织物材料是各项同性的。

（2）系统热传递仅考虑热辐射、热传导的传热，忽略水汽、汗液的影响，即不考虑湿传递。

（3）厚度的测量的数值为精确值。

（4）假设假人都为成年男性，身高大约为170 cm。

3; ; 模型建立与求解3.1; 数据预处理首先，利用Matlab仿真得出皮肤的温度与时间的拟合关系，从而建立起外界温度到假人皮肤之间所要经过的热传导模型。

已知环境温度为75 ℃，90 min内实验数据的变化情况，且假人皮肤的初始温度为37 ℃，利用Matlab对数据进行描点绘图，数据预处理如图1所示。

通过观察图1可知在，1 736 s之后曲线平滑，没有明显上升趋势。

之后对0 s和1 745 s之间的数据使用Matlab进行三阶拟合，得出拟合方程为：y=9.1e−0.3×x3−3e−0.5×x2+0.033×x+37此方程可表明皮肤温度与时间的函数关系。

高温作业专用服装设计随着工业化进程的不断推进，高温工作环境中工人所面临的安全风险日益凸显。

在高温环境下工作不仅容易导致疲劳和身体不适，还可能造成严重的伤害甚至生命危险。

设计适合高温作业的专用服装显得至关重要。

高温作业专用服装的设计应该注重舒适性、保护性和耐用性，以保障工人在高温环境下的安全和健康。

下面将从材料选择、服装结构和创新设计等方面对高温作业专用服装进行详细阐述。

一、材料选择为了在高温环境下提供足够的保护和舒适度，高温作业专用服装的材料选择至关重要。

面料应具有良好的透气性和排汗功能，能够快速将汗液和热量排出体外，保持工人的身体清爽和干燥。

面料应具有一定的耐热性能，能够抵御高温环境下的热辐射和热传导，防止烫伤或灼伤。

面料应具有一定的抗拉伸和耐磨损性能，能够承受高温环境下的机械摩擦和拉扯，保证服装的耐用性和使用寿命。

高温作业专用服装的面料选择可以考虑采用聚酯纤维、耐热纤维、防火织物等具有良好性能的功能性面料，以满足工人在高温环境下的需求。

二、服装结构高温作业专用服装的结构设计应该符合工作环境的特点和工人的实际需求，既要保证舒适性和灵活性，又要保证保护性和耐久性。

在设计上，可以采用宽松的版型和合理的裁剪，以提供足够的活动空间和灵活性。

可以采用专业的防护结构设计，如加强的缝线、双层面料等，以提供额外的保护和耐久性。

可以在关键部位设置通风口和调节装置，以提高透气性和舒适度。

服装结构的设计应该兼顾舒适性、保护性和耐久性，以满足高温环境下工人的需求。

三、创新设计在高温作业专用服装的设计过程中，可以加入一些创新的设计元素和技术，以提升服装的性能和功能。

可以采用冷感技术，通过特殊的面料处理或结构设计，降低服装的表面温度，提高穿着舒适度。

又如，可以采用智能调温技术，通过可调节的温度控制装置，实现服装内部温度的调节，保持工人身体在适宜的温度状态。

还可以采用防紫外线、防静电、防辐射等多种功能性设计，以应对不同高温环境下的特殊需求。

高温作业专用服装设计一、设计背景高温作业是指在高温环境下进行的工作，例如炼钢、冶炼、玻璃制造、炼油等行业。

在这些行业中，工人需要长时间在高温下工作，容易受到高温热辐射的影响，容易出现中暑、热射病等健康问题。

设计一款适合高温作业环境的专用服装对于保护工人的健康和安全至关重要。

二、设计原则1. 防火防热：服装面料需要具有较高的防火防热性能，能够有效隔离热辐射和高温气体，降低工人受到热辐射的影响。

2. 透气舒适：由于高温作业环境下工人易出汗，所以服装需要具有良好的透气性能，减少汗液在身体表面停留的时间，保持皮肤干爽。

3. 耐磨耐烧：由于高温环境中工作条件较为恶劣，服装需要具有较高的耐磨耐烧性能，保证长时间使用不易磨损和破损。

4. 设计合理：服装设计应考虑工人的工作姿势和动作，确保穿着舒适并且不影响工作的灵活性。

5. 显眼安全：在设计服装时需要考虑在高温环境下工人的安全性，例如增加反光条等安全元素，提高工人在高温环境中的可见度。

三、设计要点1. 面料选择：选择具有良好耐磨、防火、透气性能的面料，例如阻燃涤纶面料、阻燃棉面料等。

2. 结构设计：采用宽松的设计，保证透气性能的同时还能保持舒适性，增加通风口和散热口，加强通风效果。

3. 功能细节：设计口袋时应放置于工作服正面上，便于工人放置工具和物品；增加安全反光条，提高工人在高温环境中的可见度。

4. 防护细节：在领口、袖口和裤腿处设计防火防热的细节，保护工人的身体部位免受高温热辐射侵害。

四、设计示意图[图片]五、设计材料1. 面料：阻燃涤纶面料2. 配件：反光条、拉链、纽扣3. 辅料：纺织标签、洗水标签、尺码标签、吊牌七、成本估算面料成本：500元/米配件成本：50元/套辅料成本：10元/套高温作业专用服装的设计，不仅要具有防火防热、透气舒适、耐磨耐烧等功能性能，还要考虑到工人的工作姿势和动作，确保穿着舒适和不影响工作的灵活性。

在设计服装时需要综合考虑面料、结构、功能细节和防护细节等因素，以确保工人在高温环境下的健康和安全。

高温隔热防护服温度分布研究作者：周可凡来源：《科学导报·学术》2019年第23期摘 ;要：目前，消防安全越来越引起人们的重视，而高温防护服是消防队员或高温环境作业人员常用的重要装备品之一。

本文结合有限元差分分析和遗传算法，建立了研究模型，研究了隔热防护服在高温环境下，各材料层以及空气间隙层边界与间隙间的温度分布情况。

对制造出的隔热效果好、人员穿戴舒适度高且经济的隔热防护服有重大意义。

关键词：隔热防护服;温度分布;有限元差分分析;遗传算法引言各种高温作业导致的职业健康危害屡见不鲜，是目前急需解决的职业健康问题。

在高温异常作业环境下，采取有效的个体防护是预防作业人员受到身体损害的重要手段，防护效果的好坏直接关乎作业人员的工作效率和生命安全。

研究高温防护服的各层温度分布，可以为后续的防护服各层最优厚度研究提供重要帮助，具有重要意义。

为此本文提出了一种结合了有限元差分分析和遗传算法的，针对防护服各层边界温度和各层之间温度分布情况的研究方法。

1 建立防护服-空气间隙-人体表皮模型对于一次模拟实验，我们令外界环境温度为75度，初始假人体表皮温度为37度。

记录从1到5400秒的，90分钟内的5400组假人表面温度值。

选取外层、隔热层、舒适层三层结构的隔热防护服为例，将上述三层分别定义为I层、II层和III层，将舒适层与人体之间的空气定义为IV层。

各层材料热力学参数如下表所示：可将外界环境对于穿着防护服的人体传热看做一个一维非稳态的传热问题，绘制隔热服-空气间隙-人体表皮结构示意图如下所示，其中I层、II层和III层为不同的防护服材料层;IV层为防护服与人体之间的空气间隙层：2 计算瞬态时各层边界温度利用有限元分析软件ANSYS搭构与题设条件相同的纺织物模型，ANSYS中热分析程序能够对导热、热对流和热辐射这三种热传递类型进行分析[1]。

我们进行步长为5400的热分析，并得到每秒的各层的最低温度和最高温度。

高温作业专用服装设计作者：赵峰禹何庆伟赵小程来源：《神州·上旬刊》2018年第11期摘要：为了解决在高温作业环境下，为了使工作人员可以更好的进行工作。

必须解决在不同温度环境下，高温作业服装每层厚度的确定。

针对不同的外界温度在给定每层不同的厚度。

利用假人进行皮肤表层温度测定。

根据假人皮肤外侧的实际温度，得到温度分布图像，建立出假人皮肤外侧温度与所处环境时长的数学函数。

需要解决在不同的环境温度下针对每层不同的厚度，不同的工作时间，来确定每层的最优厚度。

利用了一维数学模型，将其看成是单位面积的不同厚度的分析，从而确定优化问题。

关键词：热传导；最优厚度；温度分布1、模型建立根据所给的参数进行分析，可以将每一层的材料看成不同的热阻（设有四层不同的材料）。

将高温专用服装看成一个单位面积的服装，但存在厚度的变化，利用Laplace变换导出的公式对于单层的材料有两侧温差与该层吸收热量的方程。

利用热传导有限元法，将有限单元法应用到高温作业服的温度效应计算，提出了计算服装不同层厚度的公式。

[1]2、模拟出假人皮肤外侧温度与时间的拟合曲线。

将给定的数据利用SPSS軟件进行仿真，得到如图1所示的拟合曲线。

因变量是温度，自变量为时间。

并且得到表1中的数据，以此来建立拟合曲线方程。

在表一中R方为0.991，基本接近于1，所以该拟合曲线基本符合。

3、建立温度随时间变化的拟合方程。

拟合方程如下所示：T=36.715336+0.032557745×t-3.03799889×10-3×t-3.03799889×10-5×t2+9.1279726×10-9×t3 4、构造每层传递温度与厚度之间的关系有即每层两侧的温度差，也成为热推动力；表示热阻。

对于稳定导热过程，各层的导热速率必然相等，将该适用于不同层上，将其进行推广，不同层厚度分别设为d1、d2、d3、d4，在稳定导热时，导热速率Q不随时间变化，传热面积为单位面积并且导热系数是常量。

多层热防护服最优设计多层热防护服是一种能够有效阻止高温环境对人体造成伤害的重要装备。

在高温环境中，人体容易受到热烫伤、晕厥、中暑等不良影响，因此选用合适的材料和结构设计，以提供最优的热防护效果至关重要。

热防护服一般由内层、中层和外层三个部分组成。

内层主要作用是吸湿排汗以保持身体干爽，并提供适度的舒适感；中层主要通过隔热材料来阻挡高温传导；外层则用于保护内部材料免受外界物体的破坏，并提供额外的耐热性能。

为了设计出最优的多层热防护服，需要考虑以下几个关键因素：1. 材料选择：内层材料应选择具有良好吸湿排汗性能的纤维，如棉纤维、涤纶等，以减少热量在皮肤表面的积聚；中层材料应选择导热性能低的材料，如陶瓷纤维、皮革等，以减少高温的传导；外层材料应选择具有耐高温和防护性能的材料，如阻燃涤纶、防火皮革等。

2. 结构设计：合理的结构设计能够提供更好的热防护效果。

合理布置隔热层，减少热量在热防护服内的传导；使用双层结构，中间填充隔热材料，以增加隔热性能；在关键部位加厚，提高热防护服的耐热性。

3. 透气性能：透气性能也是多层热防护服设计的一个重要考虑因素。

合理的透气设计可以减少服装内部水分的蒸发，防止过多的汗液积聚，提高穿着舒适度。

可以在热防护服上设置透气孔或使用透气性能好的材料，以增加透气性。

4. 耐磨性：考虑到多层热防护服可能在战斗、工作等环境中受到摩擦和磨损，因此需要选择耐磨性好的材料来提高热防护服的使用寿命。

多层热防护服的最优设计需要综合考虑材料选择、结构设计、透气性能和耐磨性等多个因素。

只有在这些因素的综合作用下，才能够设计出功能完善、舒适耐用并具有良好热防护效果的热防护服。

特定环境下高温作业专用服装温度分布探究作者：霍玉蓉周羽佳杨伟豪来源：《现代经济信息》2019年第10期摘要：高温作业服可以保障作业人员不被灼伤，还可以提高作业人员的工作效率。

本文根据温度与已知量之间的联系建立非稳态热传导模型，利用逐步递推的方式确定高温作业服各层的温度分布，最终得到结论为高温作业服务各层的温度分布较为合理，变化趋势整体相似，并且对模型进行了评价。

关键词：高温作业服;热传导率;温度分布中图分类号：TS941.2 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2019）015-0407-01一、数据采源本文选用2018年全国大学生数学建模比赛A体重的数据进行分析说明，主要运用附件1给出的专用服装材料的参数值和附件2给出假人皮肤外侧的测量的温度值进行分析。

其中附件2的数据是在环境温度为75、Ⅱ层厚度为6mm、IV层厚度为5mm、工作时间为90分钟的情形时，对体内温度控制在37℃的假人皮肤外侧的温度进行测量并记录得到的。

二、模型假设求解问题前需要对模型进行整体层面的假设以及对主要符号变量进行一定的解释说明。

假设：不考虑高温作业服每层材料的内能和热量的散失情况，并且假人的人体温度对服装材料的温度没有影响;假设热量先全部累积，再向下一层传递，并且不考虑热对流与热辐射;假设高温作业服材料质量分布均匀。

三、建立模型分析题目已知条件，建立非稳态的热传导模型，根据推导出的高温作业服每层温度与作业服初始温度之间的函数关系逐步计算出高温作业服各层随时间的变化而变化的温度分布。

1.确立目标函数根据题目，我们得到高温作业服总共有4层，分别计算每层的温度分布，我们把每层内部的热传导视为稳态传导，进行近似计算。

整体上视为非稳态传导。

先进行单层材料热传导的分析，以高温作业服最外层为例，画图进行分析。

首先明确假设高温作业服的初始温度为To，Ti+1表示第i层的温度，其中T1表示外界环境的温度，T5表示假人皮肤外侧的温度，即i的从小到大表示高温作业服从外到内的温度，并且用层间的交界处的温度来代表第i层的温度，具体表示为用I和Ⅱ层的交接处的温度代表1层温度，即T2，以此类推。