热防护服装热湿传递模型研究及发展趋势

 合理地评价热防护服装的热防护性能对减少消防员的皮肤烧伤具有重要的意义。本文主要回顾并评价了热防护服装的热湿传递模型国内外的研究现状,包括皮肤传热模型及其烧伤评价模型、单层或多层面料的一维和二维热湿传递以及整体服装的三维热湿传递模型等,并比较分析了这些模型的应用缺陷,预测了热防护服装热湿传递模型研究未来的发展趋势。热湿传递模型的研究不仅可以为热防护服装的使用提供科学的理论指导以减少皮肤烧伤或蒸汽烧伤,而且能够进一步推动服装热防护性能测试技术的发展,满足我国“安全发展”和“公共安全防治”的技术需要。     

热生理模型在防护服热舒适性评价中的应用

针对防护服热舒适性评价过程中，物理试验法耗时长、测量困难等缺陷，以Stolwijk多节点模型的发展为出发点，总结防护服与热生理模型的耦合机制，分析了典型模型中基于人体几何特征分区分层的被动系统、包含四大控制方程的主动系统，综述了模型在不同领域下预测防护服热舒适性的研究进展，指出了现有研究存在的不足及发展趋势。未来模型可从非均匀极端环境、个性化人体和多因素影响下服装分区段模拟3个方面发展，以优化对防护服热舒适性的评价。     

燃烧假人在火场热防护服装研究中的应用

热防护性是个体防护服装的重要功能。燃烧假人作为国际公认的定量评估防护装备阻燃性能的专用设备,在服装热防护研究中发挥着重要作用。通过对国内外相关研究成果的回顾,介绍了燃烧假人的热防护测评原理、发展历史及我国首个具有国际领先水平的燃烧假人-“东华火人”的创新特征,重点从不同火场状况的模拟、阻燃面料的评测与选择、服装款式结构对防护性能的影响以及阻燃防护服热传递机理研究等四个方面探讨了燃烧假人在服装热防护研究领域中的应用进展,最后对燃烧假人的应用前景进行了预测分析。     

缓解人体热应激的医用防护服装研究进展及趋势

目前医用防护服装存在热湿舒适性差的问题,容易造成人体热应激,引起人体皮肤损伤、虚脱、晕眩甚至中暑等症状。为了解如何缓解医用防护服装造成的人体热应激反应,提高人体舒适性,文章首先总结了医用防护服装的材料、款式及舒适性相关标准。接着阐述了目前缓解人体热应激的医用防护服装研究进展,包括作业场所降温方式和异质结构面料、超吸水材料、辐射降温面料、相变冷却降温服装等研究成果。随后介绍了高导热材料、热电冷却材料和液态冷却三类缓解人体热应激的新材料与技术,并提出了其在医用防护服装上的应用思路。最后分析并展望了缓解人体热应激的医用防护服装研究趋势,即未来研究需要从提高主动冷却设备的工效性能、扩展调温新材料与技术在医用防护服装上的应用及建立缓解人体热应激的医用防护服装设计方法和流程,并开展相关测试与评价。     

防护服装结构设计对着装舒适性的影响

服装结构设计是影响防护服装着装舒适性的重要因素之一。通过对国内外多种防护服装结构设计的研究现状进行回顾,并结合已有的相关研究结果,分别从服装衣下空隙、服装开口、部位结构以及防护服整体结构优化设计4个方面分析了防护服装的结构设计对着装舒适性的影响,总结了防护服装着装舒适性的评价方法,提出采用并行工程的设计概念进行防护服装的结构设计。     

热防护服蓄热防护与放热危害双重特性的研究进展

为全面评价热防护服在热暴露阶段的蓄热防护作用以及在冷却阶段因蓄热释放对人体造成的热危害效应,介绍了防护服热蓄积产生的原因,阐述了现阶段防护服热蓄积的测试方法以及数值模拟研究现状;从服装因素、环境因素以及人体因素3个方面归纳了防护服在热暴露阶段蓄热特性的影响因素;并总结了织物基本物理性能、空气层配置、织物水分、织物受压等因素对冷却阶段防护织物放热危害特性的影响。最后提出：在未来的研究中应针对多元化的热灾害环境以及冷却环境开展热防护服蓄放热双重特性的基础研究,并基于热防护服蓄放热双重效应探究其最优的配伍设计。     

气凝胶在防护服中的应用进展

为提高防护服的综合性能,平衡功能性需求和舒适性要求之间的关系,将密度小、导热率低的气凝胶材料合理有效地应用于防护服装领域,在爆炸和火灾等高温环境中减少物理、化学等外界因素对人体造成的热损伤,降低储存热,缓解热应激。文章回顾了国内外关于气凝胶材料的相关研究文献,总结了气凝胶材料在隔热保温、防寒隔热产品和热防护服中的应用进展,重点从力学、舒适性和高温下结构稳定性等方面分析其在使用过程中存在的瓶颈和缺陷,并从气凝胶种类、材料配伍、热源、服用性能、生理舒适性、低成本等角度凝练了气凝胶在防护服中的研究方向,展望了气凝胶在防护服装应用领域中的创新发展。     

阻燃隔热防护服的发展现状及性能研究

本文介绍了阻燃隔热防护服的性能、内外层结构及对面料性能的要求,以及国外在热防护服和相关高性能纤维领域的研究开发情况,并对该领域的发展进行了展望。     

热防护服散热性的数学模型仿真

为了探求热防护服的散热规律和在高温环境中工作的极限,根据傅里叶热传导定律,用微元法和有效差分法建立了热防护服在高温条件下的“外界环境-织物层-皮肤”散热数学模型并进行仿真模拟,然后将穿着相同防护服的恒温假人放置在与数学模型中假设温度一致的实验室温度下进行实测,并采用DS18B20温度传感器测量出假人表面温度进行比对验证。结果表明：实测假人皮肤温度为43.71℃,与模型仿真结果43.99℃的误差仅为0.28℃。研究结果说明建立的热传导散热模型具有较高准确度,能够对热防护服的散热防护效果进行仿真预测与合理评价,可为在较短的研发周期内设计散热效果更好的热防护服提供借鉴。     

医用防护服装产品的功能设计分析

从医用防护服装的需求及用途出发,阐述了医用防护服装的概念及类型,从防护性、智能化、舒适性、审美性4个方面对医用防护服装进行了深入分析,并对医用防护服装的设计提出了可行建议,指出其设计关键点。研究结论表明:医用防护服装的设计与开发应充分融合医疗新技术、新工艺和新材料,未来医用防护服装将朝着标准化、智能化、轻量化方向发展。     

低辐射热暴露下消防服热防护性能测评方法研究进展

为全面准确地评价低辐射热暴露下消防服的热防护性能,分析了现阶段的实验室测评方法和数值模拟方法。基于消防服内传热机制的研究,阐述了消防服内干态传热模型和热湿耦合传递模型的研究现状,总结了热防护性能的影响因素;分析了现阶段低辐射热暴露下织物和服装热防护性能测评方法,分别从测试方法的差异因素和局限2个角度阐述不同实验方法及实验装置对热防护性能预测的影响;总结了目前数值模拟在消防服热湿传递机理研究方面的应用;最后指出在未来的研究中,应全面准确模拟真实的低辐射热暴露环境,提高消防服热防护性能测评的准确性。     

消防服衣下空气层热传递机制研究进展

空气层热传递机制的研究不仅可为更加准确的实验室热防护性能测试提供指导,也可提高消防服热湿传递数值模拟的精确度。在阐述了热防护性能测试中空气层的作用以及空气层热传递模型的研究现状的基础上,分析了服装与人体之间空气层微气候的特征,从热传导、对流换热和辐射换热3个方面总结了空气层的热传递机理,提出不同条件下空气层传热模型建立的基本思路,并对未来消防服衣下空气层热传递机理的研究动向作出了预测。     

相变材料在热防护服上的应用研究进展

为深入了解和提高附加相变材料热防护服的热防护性能,对现阶段相变材料在热防护服中的应用、影响因素以及未来研究趋势进行综述。首先介绍了相变材料的类型和特点,阐述了相变材料基于密封袋法、纺丝法和微胶囊技术的织物后整理法在热防护服中的应用;其次回顾了附加相变材料热防护服传热模型的发展过程,重点从相变材料的类型、相变温度、添加量以及相变材料在多层防护服装中的配置等角度归纳了影响热防护性能的因素;最后从新型服用相变材料的研发、降低相变材料储存热释放等角度预测了相变材料未来在该领域的研究趋势。     

防护服工效性能评价方法研究进展

防护服在保护作业人员免受环境因素威胁的同时,也给着装人体带来了很多负效应,例如阻碍了人体活动。符合人体工效学的功能评价是防护服性能评价的重要内容。为此,回顾国内外防护服工效性能评价研究现状,对防护服工效性能评价进行定义。在此基础上论述了关节活动范围、操作灵活性等方面的工效性能评价内容,分别从主观评价、客观评价和数字模拟评价3个方面探讨了防护服工效性能评价方法。提出建立防护服工效性能综合评价体系、在虚拟现实仿真条件下对防护服工效性能评价进行研究。     

防火服热蓄积的影响因素及其测评方法

为了合理评价防火服的热蓄积,全面准确地研究防火服热防护性能,通过回顾实验室模拟低热流环境中防火服热蓄积的相关研究,分析了防火服热蓄积的产生原因以及由热蓄积引起的主要烧伤部位;总结了现阶段热蓄积的测试装置、测评方法以及热传递、热蓄积测试过程;从防火服反光带、防水层透湿性、隔热层厚度、外层织物特性、空气层厚度等服装因素以及热流量强度、热暴露时间、防火服中水分等环境因素归纳了影响热积蓄的因素;最后预测了未来防火服热蓄积的研究趋势;指出在未来的研究中,应更加全面地模拟火场特点,提高服装热蓄积性能测评方法准确性。     

Application of shape memory materials in protective clothing: a review

The development of environmental responsive and self-adjustable structure is very important for improving protective performance of protective clothing, and thus decreases burn injury chance of firefighters and emergency rescuers. Shape memory material (SMM) can be incorporated into clothing system to provide necessary thermal protection when threaten occurs. It will produce stable air gap when SMM is actuated, therefore reduces heat transfer to human body. Under normal conditions, the SMM is flat that doesn’t affect wearer’s motion ability and wearing appearance. This article overviewed and summarized the international state-of-the-art research status on the application of SMM in both thermal and cold protective clothing. The key issues in this area were discussed. Based on the above analysis, the specific direction for the application of SMM in protective clothing in the future was highlighted in terms of air gap size, heat exposure, protective clothing factors, quantity and distribution of SMM, etc. And the development trend in protective clothing incorporated with SMM was proposed from the perspective of human-clothing-environment system.     

应用三层热防护服热传递改进模型的皮肤烧伤度预测

针对人体持续暴露在闪火环境中烧伤时间及热防护服参数对防护性能的影响情况,利用建模与模拟的方法预测达到各级烧伤的最长安全工作时间。首先,对包含外壳、防水层和隔热层的3层防火材料、皮肤及三者间的空气层组成的系统,给出了系统各层热传递微分方程以及初边值条件,改进了已有的高温条件下多层热防护服的热传递模型。接着,使用该模型计算出各固定接触面随时间变化的温度值,该计算结果与同等条件下已有模型一致,从而验证了模型的可靠性。最后,采用改进的模型预测达到一级、二级和三级烧伤所需的临界时间,分析了空气层和织物厚度对防护服防护性能的影响。研究发现,在闪火条件下,消防人员即使身穿热防护服也仅有十几秒的安全时间,且空气层和织物的厚度大小对防服性能的影响十分显著。