服装工效系统热湿耦合的非线性特性

将热力学方法运用于人体服装环境工效系统的研究,运用非平衡热力学中力与流的关系来描述系统中服装传热与传湿之间的耦合,并通过出汗暖体躯干的实验测试获得与热湿耦合有关的数据,所得到的规律表明该热湿耦合有非线性关系。实验数据说明服装的热湿耦合是不可忽略的。     

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。     

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。     

消防服衣下空气层的作用与测定方法研究进展

为探究消防服衣下空气层对消防服热防护性能的影响,从衣下空气层的厚度与位置、影响因素以及测量方法 3个方面综述了消防服衣下空气层研究的发展过程及最新进展,分析了现有研究中存在的问题。研究表明:衣下空气层的厚度和位置影响衣下热传递机制,从而影响消防服的热防护性能;织物的硬挺度和悬垂性、服装的合体度以及人体动作影响消防服衣下空气层的分布;目前主要使用三维人体扫描技术获取燃烧假人裸体及着装状态下的三维图像,使用图像处理软件计算衣下空气层厚度。基于当前消防服衣下空气层的研究现状认为,未来研究需深入分析衣下空气层的作用机制,建立多层消防服衣下空气层的测量方法,提高衣下空气层的测量精度。     

计算流体力学在服装传热性能评价中的应用

为突破传统实验手段与一维数学模型的局限,一些研究者提出基于计算流体力学模拟人体-服装-环境系统的热量流动与传递过程,通过计算皮肤温度、传热系数等参数的方式评价服装的传热性能。文章概述了仿真方法解决服装传热问题的流程,揭示服装及人体几何模型建立、计算模型与边界条件设定的关键;从着装人体、服装结构、防护服装功能角度回顾了传热问题的国内外研究进展;总结了常用人体热生理模型的特征,介绍了热调节-CFD耦合系统在服装传热性能评价中的应用。现有模拟方法依然存在难以完全还原纺织材料、衣下空间分布、人体热反应等真实特性的问题,建议将动网格、用户自定义函数、数值模型耦合系统等作为深入研究方向,提高仿真评价的准确性。     

着装人体热应激评估中热生理模型的研究进展

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。     

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。     

消防服热湿舒适性的客观评价

通过人工气候室受控环境中暖体假人试验,对现役消防服和新款3层结构消防服进行热湿舒适性客观评价,在模拟消防服实际穿着环境条件下,进行整体服装的热湿舒适性能评价指标的测量,从而获得消防服穿着状态下服装微气候的温度、相对湿度及服装湿阻。结果表明:新款3层结构消防服的透湿性能较现役款4层结构消防服有所提高,其热湿舒适性得到改善。     

用于个人热管理的被动调温服装材料研究进展

不同环境条件下人体的温度调控对于维持人类热湿舒适具有重大意义。服装作为人体的防护屏障，对人体的热湿舒适管理起着关键作用。由于传统纺织品缺乏温湿度调控机制，无法在极端环境下对人体做到有效防护，因此具有功能性与个性化的服装材料逐渐进入人们的视野。本文介绍了被动调温服装概念及原理，归纳总结了新型服装保暖材料、反射(辐射)材料、远红外发射材料和光热转换材料等被动保暖服装材料，传导降温材料、相变降温材料、反射降温材料、中红外高透过(发射)辐射降温材料等被动降温服装材料以及双面调温服装的工作原理和研究进展，并展望了被动调温服装材料的应用前景。     

增强层结构对消防服热防护性及舒适性的影响

探讨了消防服增强层结构对其热防护性及舒适性的影响.测试和分析了3种具有不同增强层结构的消防服试样的热阻和热散失量.根据各试样的总热损数据进行建模,预测人体穿着各消防服试样的体表核心温度,对消防服试样的穿着舒适性进行评估.结果表明,轻型消防服具有较好的穿着舒适性,而含有较多增强层的重型消防服具有良好的热防护性,但其热散失量较低,易造成服装内部温度升高,穿着舒适性下降.     

消防服着装热应力研究进展

 摘要 消防服在达到其防护性能要求的同时却给消防员带来了热应力的影响。与其防护性能相比,其着装热应力的研究是一个新兴的课题。本文总结了消防服热应力的研究进展,分别从热应力的定义,热应力对人体工效性、热湿舒适性、人体生理方面的影响进行了分析探讨,并总结了目前消防服常采用的降温方法,最后提出基于人体生理解剖传热学,应用相变材料等新材料技术,结合消防服面料、款式结构设计,研发新型降温系统,降低热应力,提高消防作战效率。     

Numerical simulation of heat transfer in protective clothing with various heat exposure distances

This paper reports on a model of heat transfer through multi-layer firefighter protective clothing with an air gap under radiant heat flux of 8.5 kW/m². The model considers the dynamical changes of heat exposure distance due to human body movement. The predictive results were found in good agreement with the experimental measurements. Numerical model was employed to study the effects of heat exposure distance and moving speed on heat transfer in multi-layer fabric system. The results showed that the heat exposure distance had an significant impact on skin burn. The safe zones for firefighting operation were more than 0.3 m for 2nd degree burn and 0.15 m for 3rd degree burn when the fabric system was exposed to 8.5 kW/m² for 300 s. However, the moving speed could speed up the time to 2nd degree burn but alleviate the time to 3rd degree burn.     

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.     

火灾环境下应急救援防护服传热数值模拟

 通过建立穿着于模拟人体的应急救援防护织物传热模型,研究模拟火灾环境下的服装传热特征。模拟人体肢体的圆柱体内核保持恒定温度37℃,模型考虑了织物吸收热辐射及热属性随温度变化的特性,运用有限差分完全隐式格式方法模拟计算了织物与人体皮肤的一维径向温度分布,将计算得到的温度值代入Henriques烧伤模型方程以预测皮肤达到二级烧伤所需的时间,其值与实验结果较为一致。研究结果表明,圆柱几何形状对天然阻燃高聚物纤维织物的热防护性能影响效果较为显著,所建立的模型为覆盖于圆柱体的多孔材料传热提供了系统的研究方法。     

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。     

开放/封闭空气层对阻燃织物热防护性能的影响

为探究衣下空气层间的传热方式对阻燃织物外观性能和阻燃织物系统传热机制的影响,基于热防护性能(TPP) 实验装置,构建开放式和封闭式空气层以模拟实际着装时“服装-人体皮肤”的空间关系。利用彩色图像处理方法对比热暴露前后的织物外观和热收缩情况,从能量传递、TPP值和二级烧伤时间角度评估“织物-空气层”系统的传热特性和热防护性能。结果表明:空气层的介入会降低热传递效率,进而提升阻燃织物的热防护性能,但会加速织物老化,加剧织物热收缩;当打开空气层与周围环境热量交换的通路时,空气层间热量的流动路径变复杂,且织物的热防护性能进一步提升。     

基于COMSOL的平房仓冷却通风过程中粮堆热湿耦合传递研究

粮仓冷却干燥通风是确保储粮安全的重要技术措施,在此过程中粮堆内部的热湿耦合迁移过程非常复杂。在COMSOL软件中,建立了冷却干燥通风过程中高大平房仓的三维物理模型,通过修改COMSOL内置材料方程、耦合渗流、能量守恒、动量守恒和水分迁移控制方程,以实测的送风空气温度和湿度为入口边界条件,数值模拟了湍流、湿空气传热、湿空气传质、多孔介质传热、多孔介质传质等多个物理场,并考虑了热湿耦合、温度耦合和流动耦合,对高大平房仓粮堆内冷却干燥通风过程中的热湿迁移规律进行了研究。基于实际高大平房仓的验证结果表明,通过修改COMSOL内置方程可以准确模拟预测冷却干燥通风过程中粮堆内热湿耦合传递过程,数值模拟结果可用于指导粮仓冷却干燥通风过程和粮仓通风系统优化。     

形状记忆材料在功能防护服中的应用

为提高防护服的防护性能,平衡功能性需求和舒适性要求之间的关系,将形状记忆材料合理有效地应用于防护服装领域,从而动态地改变衣间空气层,实现防护服防护性能的动态调节。回顾了国内外形状记忆材料的相关研究,总结了现阶段形状记忆材料在功能纺织品服装中的应用现状,重点从形状记忆材料在热防护服和防寒服中的应用剖析了当前研究中的缺陷,从空气层厚度、热源、服装、形状记忆材料的数量和分布以及生理舒适性等方面凝练了形状记忆材料在防护服中的进一步应用方向,并从人体-服装-环境系统角度展望了具有形状记忆材料结构的防护服的发展趋势。