吳丹 許菁 孫久凱

【摘要】：熱防護服對于高溫環(huán)境工作者們是十分重要的裝備，合格的防護服必須具有防護性能以及良好的防水透濕性能和舒適性能等，這樣才能夠在最大程度上確保消防員的安全。本文通過對防護服包含防火層、防水層、隔熱層的織物層組成的系統(tǒng)給出各層的熱傳遞微分方程和初邊值條件并建立模型，以降低研發(fā)成本、縮短研發(fā)周期為目的，在最大程度上確保工作人員的安全性，提升工作效率。

【關(guān)鍵詞】：高溫作業(yè)專用服 熱傳導方程 最優(yōu)解

引言

在高溫工作的環(huán)境下工作時，人們需要穿著專用服裝以避免灼傷。專用服裝通常由防火層、防水層、隔熱層三層織物材料構(gòu)成，而隔熱防火層與皮膚之間并不是直接接觸的，將此空隙記為舒適層。為設(shè)計專用服裝，將體內(nèi)溫度控制在37℃的假人放置在實驗室的高溫環(huán)境中，通過測量假人皮膚外側(cè)的溫度來對專用服的隔熱效果進行評價和優(yōu)化。

一、熱防護服防熱性能分析

防火層中存在熱傳導和熱輻射兩種現(xiàn)象，防水層和隔熱層近似看成只存在熱傳導，在Torvi和Gibson的理論基礎(chǔ)上給出了高溫環(huán)境下的熱傳遞模型：

在該模型中，以顯熱容來描述織物層中的比熱容變化，且顯熱容【1】的計算公式：

考慮到防火層、防水層、隔熱層的初始條件為：

防火層的熱輻射通量【2】：

防火層的左邊界條件【3】：

防火層和防水層之間的接觸面：

防水層與隔熱層之間的接觸面：

隔熱層的右邊界條件：

防火層和防水層之間的接觸面：

防水層與隔熱層之間的接觸面：

高溫專用服裝通常由織物層和一層空氣層組成，但隨著暴露在高溫環(huán)境下的時間增長，皮膚外溫度也會隨之升高。熱防護服對于高溫環(huán)境工作者們是十分重要的裝備，合格的防護服必須具有防護性能以及良好的防水透濕性能和舒適性能等，這樣才能夠在最大程度上確保消防員的安全。

【參考文獻】：

【1】 張紅佳，郭永利，李正，姜蕓.真空熱流法測定不良導體的導熱系數(shù)[J].物理實

驗，2012，32（09）：5-7+11.

【2】 Fan J， Luo Z， Yi L. Heat and moisture transfer with sorption and condensation in porous

clothing assemblies and numerical simulation[J]. International Journal of Heat & Mass

Transfer， 2000， 43（16）：2989-3000.

【3】 Torvi D A， Eng P， Threlfall T G. Heat Transfer Model of Flame Resistant Fabrics During

Cooling After Exposure to Fire[J]. Fire Technology， 2006， 42（1）：27-48.