劉茜+馬艷麗

摘要：纖維集合體是紡織品的主要表現(xiàn)形式，熱傳遞性能是纖維集合體主要的物理性能之一，但目前專門用于纖維集合體的測(cè)試方法和理論模型并不多，主要是針對(duì)織物的。本文在介紹常用紡織品熱傳遞性能測(cè)試方法和理論模型的基礎(chǔ)上，指出現(xiàn)有研究方法的特點(diǎn)，并對(duì)現(xiàn)有測(cè)試方法和理論模型提出了改進(jìn)建議，使其能適用于纖維集合體熱傳遞性能的測(cè)試。

關(guān)鍵詞：纖維集合體；熱傳遞；保暖；測(cè)試方法；理論模型

中圖分類號(hào)：TS101.921.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Test and Research Methods for Heat Transfer Performance of Fiber Assembly

Abstract： Fiber assembly is an important form of textiles， while heat transfer performance is one of the main physical properties of fiber assembly. However， the test methods and theoretical models particularly for fiber assembly are quite few at the moment， most of which are designed for fabrics. The paper introduces the common test methods and theoretical models for heat transfer performance of textiles. The characteristics of these existing methods are pointed out and some suggestions on improving these methods and models are put forward so that they can be used for fiber assembly.

Key words： fiber assembly； heat transfer； warmth retention； measurement； theoretical model

纖維是組成紡織品的基本單元，大量纖維按不同方式有序或無序排列組成的集合體是紡織品的各種表現(xiàn)形式，如填充絮材、紗線、織物、非織造布等。不同應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)纖維集合體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及成形要求不同。當(dāng)其作為服裝絮填材料、地毯、屋頂隔熱層等時(shí)，熱傳遞性能對(duì)最終產(chǎn)品的使用性能有著重要影響。目前已經(jīng)建立了各種測(cè)試方法和理論模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形態(tài)結(jié)構(gòu)紡織材料熱傳遞性能的研究。熱傳遞性、隔熱性、保暖性都屬于熱學(xué)領(lǐng)域的概念，都可以反映材料的熱學(xué)性能。紡織材料的熱傳遞性越好，則其隔熱性和保暖性就越差。

1 纖維集合體熱傳遞性能的測(cè)試方法

紡織材料熱傳遞性能的測(cè)試按散熱方式和測(cè)試原理的不同可歸納為以下 4 類，其中較多的方法是針對(duì)織物和服裝進(jìn)行的，而對(duì)纖維集合體形態(tài)的材料來講，需要將現(xiàn)有的方法進(jìn)行變化或改進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)其性能測(cè)試。

1.1 恒定溫差散熱法

恒定溫差散熱法是通過測(cè)定維持熱體恒溫所需的熱量來測(cè)定試樣熱傳遞性能的方法，通常用來測(cè)試織物，是目前使用最多的方法。參照GB/T 11048—1989《紡織品保溫性能試驗(yàn)方法》，F(xiàn)Z/T 01029—1993《紡織品穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》中熱阻的測(cè)試，一般將織物裁剪為30 cm ×30 cm大小的試樣，放在恒溫?zé)岚宓囊粋?cè)，發(fā)熱體其它各面均有絕熱保護(hù)，測(cè)定保持熱板恒溫所需的熱量，由此來計(jì)算織物的傳熱系數(shù)、熱阻值、保溫率。最常用的YG606系列織物平板保暖儀就屬于恒定溫差散熱法的范疇，其原理如圖1 所示。

定時(shí)升溫降溫散熱法是通過測(cè)量在單位時(shí)間內(nèi)熱體升溫降溫的速率來評(píng)價(jià)試樣熱傳遞性能的方法。一般將織物包覆在熱體一面或全部包覆，將包覆后的熱體加熱一定時(shí)間，然后再定時(shí)降溫散熱，測(cè)量熱體溫度降低到一定值時(shí)所需要的時(shí)間，用冷卻速度來表示織物的熱傳遞性能。

對(duì)于纖維集合體，定時(shí)升溫降溫散熱法也可對(duì)其熱傳遞性能進(jìn)行測(cè)試。同樣需將纖維集合體放入試樣袋中，試樣袋包覆在熱體一面或?qū)狍w全部包覆進(jìn)行測(cè)試。但由于熱體呈管狀，試樣袋包覆在熱體上后，重力作用會(huì)導(dǎo)致試樣袋下部纖維量增多，上部纖維量減少，使得纖維集合體試樣的體積密度不均勻，不能客觀真實(shí)地反映纖維集合體的性能。

1.3 微氣候儀法

服裝微氣候是服裝與皮膚之間微小空間的溫度、濕度和氣流的總稱，織物微氣候儀就是在服裝微氣候概念的基礎(chǔ)上建立的，用以研究服裝、人體皮膚、外界環(huán)境三者組成的局部環(huán)境中熱濕傳遞的情況。

1982年，原田研制出具有同時(shí)測(cè)量熱、濕傳遞性能的織物微氣候儀，如圖 2 所示。該儀器可以模擬人體在各種活動(dòng)狀態(tài)下的熱濕情況，通過先進(jìn)的溫濕度傳感器測(cè)量微氣候的狀態(tài)。該裝置只能用于單層織物熱傳遞性能的測(cè)試，不適用于纖維集合體形態(tài)試樣的測(cè)試。原因在于纖維集合體放入試樣袋后，其厚度達(dá)到多層織物的厚度，而該裝置在環(huán)境單元中沒有制冷器，試樣兩側(cè)能實(shí)現(xiàn)的溫差較小，不利于熱量和水汽從試樣一側(cè)向另一側(cè)的傳遞，當(dāng)水汽不能順利傳遞出去時(shí)，將會(huì)聚集在試樣一側(cè)，影響測(cè)試結(jié)果。

隨后，F(xiàn)arnworth研制出了出汗平板儀，可以測(cè)量出汗平板的加熱功率，實(shí)現(xiàn)織物傳熱傳濕的動(dòng)態(tài)測(cè)試。Kim在出汗熱平板上使用加濕麂皮，來模擬人體皮膚出汗。同樣將纖維集合體裝入試樣袋中，把試樣袋放在出汗熱板上，就可以利用出汗平板儀進(jìn)行測(cè)試。

1991年，姚穆研制出多層織物熱濕動(dòng)態(tài)傳遞特性測(cè)試裝置，如圖 3。該裝置的核心區(qū)域設(shè)置了水溫同步跟蹤內(nèi)水杯溫度的外水槽，從而保證了內(nèi)水杯四周及底面無熱量遷移，使內(nèi)水杯加熱功率恒等于通過織物的總熱流速率。需要對(duì)該裝置進(jìn)行改進(jìn)才能用于測(cè)試?yán)w維集合體的熱傳遞性能，因?yàn)槔w維集合體中纖維呈散狀，無法直接放置在無任何支撐物的試樣區(qū)。因此需要在試樣區(qū)設(shè)置一個(gè)底部有網(wǎng)眼的、透明、絕熱的試樣筒來實(shí)現(xiàn)纖維集合體的放置。試樣筒上可以設(shè)置刻度，來完成對(duì)纖維集合體的體積定量。endprint

2003年，周小紅研制的織物微氣候儀增加了制冷器，能夠模擬低溫微氣候的測(cè)試環(huán)境。裝置包括殼體及微氣候模擬機(jī)內(nèi)膽，如圖 4 所示。其內(nèi)膽里是微氣候模擬空間，下方為一恒溫水浴池，水浴池上部設(shè)置一層模擬皮膚，放置待測(cè)織物。該織物微氣候儀的內(nèi)部形成一個(gè)相對(duì)封閉的微環(huán)境，通過溫度控制器調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，從而實(shí)現(xiàn)極端低溫和極端高溫下織物熱濕傳遞性能的測(cè)量。在纖維集合體充當(dāng)絮填材料時(shí)，這種變化氣候環(huán)境下的測(cè)試是非常有必要的，可以實(shí)現(xiàn)在極端低溫環(huán)境中材料熱傳遞性能的評(píng)價(jià)。

1.4 暖體假人法

暖體假人是一種模擬設(shè)備，能夠模擬人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，用于服裝舒適性和特種功能服裝的研究。暖體假人的本體形態(tài)、區(qū)段劃分、關(guān)節(jié)活動(dòng)、代謝產(chǎn)熱、體表溫度分布、皮膚輻射系數(shù)等均符合人體解剖生理特點(diǎn)，能夠模擬人體表面溫度分布，進(jìn)行與人體有關(guān)的熱學(xué)研究。同時(shí)，暖體假人各區(qū)段的溫濕度可通過計(jì)算機(jī)單獨(dú)控制。該設(shè)備能夠模擬人體現(xiàn)實(shí)穿著，綜合考慮了服裝和人體的合體程度、皮膚與服裝間空氣層的厚度、空氣流動(dòng)的變化等因素的影響 。暖體假人沒有生理、心理因素的影響，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定、誤差小、精確合理。

因?yàn)楹茈y實(shí)現(xiàn)在假人的各個(gè)區(qū)段上放置纖維集合體，暖體假人不適用于測(cè)試絮狀纖維集合體的保暖性能，但可以用于以纖維集合體為絮填材料的保暖服裝的性能測(cè)試。

2 纖維集合體熱傳遞性能的理論研究

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，學(xué)者們提出了多種理論模型，對(duì)紡織品的熱傳遞性能進(jìn)行模擬分析研究。

2.1 CLO值

1941年，Gagge、Burton、Bazett提出了克羅值（CLO）來評(píng)價(jià)紡織品的隔熱性，該指標(biāo)考慮了人體的生理參數(shù)、心理感覺和環(huán)境溫濕度及風(fēng)速條件。規(guī)定一個(gè)靜坐著或從事輕度勞動(dòng)的人，其代謝產(chǎn)生熱量約為210 kJ/（m2？h），在室溫20 ～ 21 ℃、相對(duì)濕度小于50%、風(fēng)速不超過0.1 m/s的環(huán)境中，感覺舒適時(shí)穿著服裝的隔熱值定義為 1 CLO。

該指標(biāo)對(duì)各種紡織材料制成的服裝的隔熱性能評(píng)價(jià)都適用。對(duì)于纖維集合體，只需制成以其為絮填材料的服裝，如羽絨服、棉服，就可進(jìn)行絮填保暖服裝的性能測(cè)試。

2.2 純導(dǎo)熱模型

純導(dǎo)熱模型是在傅立葉導(dǎo)熱定律的基礎(chǔ)上提出的。對(duì)于織物而言，由于其面積與厚度的比值很大，所以可以把織物看成一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱材料。傅立葉導(dǎo)熱定律可以表述為：在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面的熱量，正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：“-”表示熱量傳遞方向和溫度升高的方向相反；λ為導(dǎo)熱系數(shù)（W/（m？K）），表征材料的導(dǎo)熱能力。由傅立葉導(dǎo)熱定律得出：

可見，導(dǎo)熱系數(shù)λ在數(shù)值上等于單位溫度梯度（即 1 K/ m）下，單位時(shí)間內(nèi)垂直于單位截面面積上所傳導(dǎo)的熱量。

此模型適用于各種表現(xiàn)形式的紡織品，如填充絮材、紗線、織物、非織造布等。將不同表現(xiàn)形式的紡織品對(duì)熱流的阻隔作用以導(dǎo)熱系數(shù)這一變量總體體現(xiàn)。

2.3 熱濕耦合模型

Henry從孔隙間分子運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)，定義了多孔介質(zhì)內(nèi)部對(duì)應(yīng)于不同孔徑大小的孔隙分布和熱傳遞系數(shù)，建立起熱量傳遞平衡方程，最終求出分析解，并將之應(yīng)用于不同體積密度的棉纖維集合體內(nèi)部溫濕度的計(jì)算?；痉匠探M屬于拋物型偏微分方程組，由 3 個(gè)方程組成：

2.4 結(jié)構(gòu)化傳熱模型

2002年，范堅(jiān)、倪波認(rèn)為織物傳熱的主導(dǎo)方向?yàn)閺脑嚇觾?nèi)表面到外表面，但同時(shí)在與內(nèi)外表面平行的方向上也存在一定傳熱。他們把這種兩個(gè)方向都存在傳熱現(xiàn)象的模型稱為二維傳熱模型。在二維穩(wěn)態(tài)下，由導(dǎo)熱的微分方程可得到傳熱模型，并利用計(jì)算機(jī)求解溫度梯度，繪制溫度梯度曲線圖。對(duì)于織物傳熱系數(shù)的表達(dá)，需要考慮織物的細(xì)化結(jié)構(gòu)，將織物的導(dǎo)熱系數(shù)看作纖維與空氣導(dǎo)熱系數(shù)之和。在纖維與空氣的邊界，運(yùn)用調(diào)和平均法計(jì)算織物的傳熱系數(shù)。

此模型突出了織物的結(jié)構(gòu)是決定其傳熱的主導(dǎo)因素，但只考慮了熱傳導(dǎo)方式，對(duì)對(duì)流和輻射方式的傳熱未加討論，也沒有考慮熱濕結(jié)合的情況。同時(shí)，此模型將織物視為二維傳熱模型進(jìn)行考慮，而纖維集合體排列無序?qū)儆谌S模型范疇，所以結(jié)構(gòu)化傳熱模型對(duì)于纖維集合體不適用。

3 結(jié)論

紡織品熱傳遞性能的評(píng)價(jià)方法對(duì)研究產(chǎn)品的舒適性極其重要，人們對(duì)此提出了不同的測(cè)試方法和理論模型，但大多數(shù)的評(píng)價(jià)測(cè)試方法都是針對(duì)織物的。纖維集合體與織物不同，所以若將針對(duì)織物的測(cè)量儀器以及方法應(yīng)用在纖維集合體的測(cè)量上，那么在試樣的放置、控制試樣厚度等方面均會(huì)出現(xiàn)問題，必須對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行改裝或進(jìn)行特殊的制樣。對(duì)于紡織材料熱傳遞性能的理論模型，大多數(shù)均從材料整體的溫濕度方面進(jìn)行考慮，因此適用于任何形態(tài)的紡織材料，包括纖維集合體。

參考文獻(xiàn)

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2003年，周小紅研制的織物微氣候儀增加了制冷器，能夠模擬低溫微氣候的測(cè)試環(huán)境。裝置包括殼體及微氣候模擬機(jī)內(nèi)膽，如圖 4 所示。其內(nèi)膽里是微氣候模擬空間，下方為一恒溫水浴池，水浴池上部設(shè)置一層模擬皮膚，放置待測(cè)織物。該織物微氣候儀的內(nèi)部形成一個(gè)相對(duì)封閉的微環(huán)境，通過溫度控制器調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，從而實(shí)現(xiàn)極端低溫和極端高溫下織物熱濕傳遞性能的測(cè)量。在纖維集合體充當(dāng)絮填材料時(shí)，這種變化氣候環(huán)境下的測(cè)試是非常有必要的，可以實(shí)現(xiàn)在極端低溫環(huán)境中材料熱傳遞性能的評(píng)價(jià)。

1.4 暖體假人法

暖體假人是一種模擬設(shè)備，能夠模擬人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，用于服裝舒適性和特種功能服裝的研究。暖體假人的本體形態(tài)、區(qū)段劃分、關(guān)節(jié)活動(dòng)、代謝產(chǎn)熱、體表溫度分布、皮膚輻射系數(shù)等均符合人體解剖生理特點(diǎn)，能夠模擬人體表面溫度分布，進(jìn)行與人體有關(guān)的熱學(xué)研究。同時(shí)，暖體假人各區(qū)段的溫濕度可通過計(jì)算機(jī)單獨(dú)控制。該設(shè)備能夠模擬人體現(xiàn)實(shí)穿著，綜合考慮了服裝和人體的合體程度、皮膚與服裝間空氣層的厚度、空氣流動(dòng)的變化等因素的影響 。暖體假人沒有生理、心理因素的影響，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定、誤差小、精確合理。

因?yàn)楹茈y實(shí)現(xiàn)在假人的各個(gè)區(qū)段上放置纖維集合體，暖體假人不適用于測(cè)試絮狀纖維集合體的保暖性能，但可以用于以纖維集合體為絮填材料的保暖服裝的性能測(cè)試。

2 纖維集合體熱傳遞性能的理論研究

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，學(xué)者們提出了多種理論模型，對(duì)紡織品的熱傳遞性能進(jìn)行模擬分析研究。

2.1 CLO值

1941年，Gagge、Burton、Bazett提出了克羅值（CLO）來評(píng)價(jià)紡織品的隔熱性，該指標(biāo)考慮了人體的生理參數(shù)、心理感覺和環(huán)境溫濕度及風(fēng)速條件。規(guī)定一個(gè)靜坐著或從事輕度勞動(dòng)的人，其代謝產(chǎn)生熱量約為210 kJ/（m2？h），在室溫20 ～ 21 ℃、相對(duì)濕度小于50%、風(fēng)速不超過0.1 m/s的環(huán)境中，感覺舒適時(shí)穿著服裝的隔熱值定義為 1 CLO。

該指標(biāo)對(duì)各種紡織材料制成的服裝的隔熱性能評(píng)價(jià)都適用。對(duì)于纖維集合體，只需制成以其為絮填材料的服裝，如羽絨服、棉服，就可進(jìn)行絮填保暖服裝的性能測(cè)試。

2.2 純導(dǎo)熱模型

純導(dǎo)熱模型是在傅立葉導(dǎo)熱定律的基礎(chǔ)上提出的。對(duì)于織物而言，由于其面積與厚度的比值很大，所以可以把織物看成一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱材料。傅立葉導(dǎo)熱定律可以表述為：在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面的熱量，正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：“-”表示熱量傳遞方向和溫度升高的方向相反；λ為導(dǎo)熱系數(shù)（W/（m？K）），表征材料的導(dǎo)熱能力。由傅立葉導(dǎo)熱定律得出：

可見，導(dǎo)熱系數(shù)λ在數(shù)值上等于單位溫度梯度（即 1 K/ m）下，單位時(shí)間內(nèi)垂直于單位截面面積上所傳導(dǎo)的熱量。

此模型適用于各種表現(xiàn)形式的紡織品，如填充絮材、紗線、織物、非織造布等。將不同表現(xiàn)形式的紡織品對(duì)熱流的阻隔作用以導(dǎo)熱系數(shù)這一變量總體體現(xiàn)。

2.3 熱濕耦合模型

Henry從孔隙間分子運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)，定義了多孔介質(zhì)內(nèi)部對(duì)應(yīng)于不同孔徑大小的孔隙分布和熱傳遞系數(shù)，建立起熱量傳遞平衡方程，最終求出分析解，并將之應(yīng)用于不同體積密度的棉纖維集合體內(nèi)部溫濕度的計(jì)算?；痉匠探M屬于拋物型偏微分方程組，由 3 個(gè)方程組成：

2.4 結(jié)構(gòu)化傳熱模型

2002年，范堅(jiān)、倪波認(rèn)為織物傳熱的主導(dǎo)方向?yàn)閺脑嚇觾?nèi)表面到外表面，但同時(shí)在與內(nèi)外表面平行的方向上也存在一定傳熱。他們把這種兩個(gè)方向都存在傳熱現(xiàn)象的模型稱為二維傳熱模型。在二維穩(wěn)態(tài)下，由導(dǎo)熱的微分方程可得到傳熱模型，并利用計(jì)算機(jī)求解溫度梯度，繪制溫度梯度曲線圖。對(duì)于織物傳熱系數(shù)的表達(dá)，需要考慮織物的細(xì)化結(jié)構(gòu)，將織物的導(dǎo)熱系數(shù)看作纖維與空氣導(dǎo)熱系數(shù)之和。在纖維與空氣的邊界，運(yùn)用調(diào)和平均法計(jì)算織物的傳熱系數(shù)。

此模型突出了織物的結(jié)構(gòu)是決定其傳熱的主導(dǎo)因素，但只考慮了熱傳導(dǎo)方式，對(duì)對(duì)流和輻射方式的傳熱未加討論，也沒有考慮熱濕結(jié)合的情況。同時(shí)，此模型將織物視為二維傳熱模型進(jìn)行考慮，而纖維集合體排列無序?qū)儆谌S模型范疇，所以結(jié)構(gòu)化傳熱模型對(duì)于纖維集合體不適用。

3 結(jié)論

紡織品熱傳遞性能的評(píng)價(jià)方法對(duì)研究產(chǎn)品的舒適性極其重要，人們對(duì)此提出了不同的測(cè)試方法和理論模型，但大多數(shù)的評(píng)價(jià)測(cè)試方法都是針對(duì)織物的。纖維集合體與織物不同，所以若將針對(duì)織物的測(cè)量儀器以及方法應(yīng)用在纖維集合體的測(cè)量上，那么在試樣的放置、控制試樣厚度等方面均會(huì)出現(xiàn)問題，必須對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行改裝或進(jìn)行特殊的制樣。對(duì)于紡織材料熱傳遞性能的理論模型，大多數(shù)均從材料整體的溫濕度方面進(jìn)行考慮，因此適用于任何形態(tài)的紡織材料，包括纖維集合體。

參考文獻(xiàn)

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2003年，周小紅研制的織物微氣候儀增加了制冷器，能夠模擬低溫微氣候的測(cè)試環(huán)境。裝置包括殼體及微氣候模擬機(jī)內(nèi)膽，如圖 4 所示。其內(nèi)膽里是微氣候模擬空間，下方為一恒溫水浴池，水浴池上部設(shè)置一層模擬皮膚，放置待測(cè)織物。該織物微氣候儀的內(nèi)部形成一個(gè)相對(duì)封閉的微環(huán)境，通過溫度控制器調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，從而實(shí)現(xiàn)極端低溫和極端高溫下織物熱濕傳遞性能的測(cè)量。在纖維集合體充當(dāng)絮填材料時(shí)，這種變化氣候環(huán)境下的測(cè)試是非常有必要的，可以實(shí)現(xiàn)在極端低溫環(huán)境中材料熱傳遞性能的評(píng)價(jià)。

1.4 暖體假人法

暖體假人是一種模擬設(shè)備，能夠模擬人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，用于服裝舒適性和特種功能服裝的研究。暖體假人的本體形態(tài)、區(qū)段劃分、關(guān)節(jié)活動(dòng)、代謝產(chǎn)熱、體表溫度分布、皮膚輻射系數(shù)等均符合人體解剖生理特點(diǎn)，能夠模擬人體表面溫度分布，進(jìn)行與人體有關(guān)的熱學(xué)研究。同時(shí)，暖體假人各區(qū)段的溫濕度可通過計(jì)算機(jī)單獨(dú)控制。該設(shè)備能夠模擬人體現(xiàn)實(shí)穿著，綜合考慮了服裝和人體的合體程度、皮膚與服裝間空氣層的厚度、空氣流動(dòng)的變化等因素的影響 。暖體假人沒有生理、心理因素的影響，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定、誤差小、精確合理。

因?yàn)楹茈y實(shí)現(xiàn)在假人的各個(gè)區(qū)段上放置纖維集合體，暖體假人不適用于測(cè)試絮狀纖維集合體的保暖性能，但可以用于以纖維集合體為絮填材料的保暖服裝的性能測(cè)試。

2 纖維集合體熱傳遞性能的理論研究

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，學(xué)者們提出了多種理論模型，對(duì)紡織品的熱傳遞性能進(jìn)行模擬分析研究。

2.1 CLO值

1941年，Gagge、Burton、Bazett提出了克羅值（CLO）來評(píng)價(jià)紡織品的隔熱性，該指標(biāo)考慮了人體的生理參數(shù)、心理感覺和環(huán)境溫濕度及風(fēng)速條件。規(guī)定一個(gè)靜坐著或從事輕度勞動(dòng)的人，其代謝產(chǎn)生熱量約為210 kJ/（m2？h），在室溫20 ～ 21 ℃、相對(duì)濕度小于50%、風(fēng)速不超過0.1 m/s的環(huán)境中，感覺舒適時(shí)穿著服裝的隔熱值定義為 1 CLO。

該指標(biāo)對(duì)各種紡織材料制成的服裝的隔熱性能評(píng)價(jià)都適用。對(duì)于纖維集合體，只需制成以其為絮填材料的服裝，如羽絨服、棉服，就可進(jìn)行絮填保暖服裝的性能測(cè)試。

2.2 純導(dǎo)熱模型

純導(dǎo)熱模型是在傅立葉導(dǎo)熱定律的基礎(chǔ)上提出的。對(duì)于織物而言，由于其面積與厚度的比值很大，所以可以把織物看成一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱材料。傅立葉導(dǎo)熱定律可以表述為：在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時(shí)間內(nèi)通過給定截面的熱量，正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：“-”表示熱量傳遞方向和溫度升高的方向相反；λ為導(dǎo)熱系數(shù)（W/（m？K）），表征材料的導(dǎo)熱能力。由傅立葉導(dǎo)熱定律得出：

可見，導(dǎo)熱系數(shù)λ在數(shù)值上等于單位溫度梯度（即 1 K/ m）下，單位時(shí)間內(nèi)垂直于單位截面面積上所傳導(dǎo)的熱量。

此模型適用于各種表現(xiàn)形式的紡織品，如填充絮材、紗線、織物、非織造布等。將不同表現(xiàn)形式的紡織品對(duì)熱流的阻隔作用以導(dǎo)熱系數(shù)這一變量總體體現(xiàn)。

2.3 熱濕耦合模型

Henry從孔隙間分子運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)，定義了多孔介質(zhì)內(nèi)部對(duì)應(yīng)于不同孔徑大小的孔隙分布和熱傳遞系數(shù)，建立起熱量傳遞平衡方程，最終求出分析解，并將之應(yīng)用于不同體積密度的棉纖維集合體內(nèi)部溫濕度的計(jì)算?；痉匠探M屬于拋物型偏微分方程組，由 3 個(gè)方程組成：

2.4 結(jié)構(gòu)化傳熱模型

2002年，范堅(jiān)、倪波認(rèn)為織物傳熱的主導(dǎo)方向?yàn)閺脑嚇觾?nèi)表面到外表面，但同時(shí)在與內(nèi)外表面平行的方向上也存在一定傳熱。他們把這種兩個(gè)方向都存在傳熱現(xiàn)象的模型稱為二維傳熱模型。在二維穩(wěn)態(tài)下，由導(dǎo)熱的微分方程可得到傳熱模型，并利用計(jì)算機(jī)求解溫度梯度，繪制溫度梯度曲線圖。對(duì)于織物傳熱系數(shù)的表達(dá)，需要考慮織物的細(xì)化結(jié)構(gòu)，將織物的導(dǎo)熱系數(shù)看作纖維與空氣導(dǎo)熱系數(shù)之和。在纖維與空氣的邊界，運(yùn)用調(diào)和平均法計(jì)算織物的傳熱系數(shù)。

此模型突出了織物的結(jié)構(gòu)是決定其傳熱的主導(dǎo)因素，但只考慮了熱傳導(dǎo)方式，對(duì)對(duì)流和輻射方式的傳熱未加討論，也沒有考慮熱濕結(jié)合的情況。同時(shí)，此模型將織物視為二維傳熱模型進(jìn)行考慮，而纖維集合體排列無序?qū)儆谌S模型范疇，所以結(jié)構(gòu)化傳熱模型對(duì)于纖維集合體不適用。

3 結(jié)論

紡織品熱傳遞性能的評(píng)價(jià)方法對(duì)研究產(chǎn)品的舒適性極其重要，人們對(duì)此提出了不同的測(cè)試方法和理論模型，但大多數(shù)的評(píng)價(jià)測(cè)試方法都是針對(duì)織物的。纖維集合體與織物不同，所以若將針對(duì)織物的測(cè)量儀器以及方法應(yīng)用在纖維集合體的測(cè)量上，那么在試樣的放置、控制試樣厚度等方面均會(huì)出現(xiàn)問題，必須對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行改裝或進(jìn)行特殊的制樣。對(duì)于紡織材料熱傳遞性能的理論模型，大多數(shù)均從材料整體的溫濕度方面進(jìn)行考慮，因此適用于任何形態(tài)的紡織材料，包括纖維集合體。

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