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。     

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。     

衣下空气层厚度对着装人体热传递的影响

位于人体皮肤与服装内表面之间的空气层是着装人体向外环境传热的重要途径。通过在人工气候室中重构热平板仪,测量了不同衣下空气层厚度时的面料表面温度,研究空气层厚度与面料表面温度之间的相互关系。建立了模拟显热量从皮肤表面经过衣下空气层、面料层向外环境传递的数学模型,分析衣下空气层厚度及环境条件对着装人体热传递的影响。实验及模拟结果表明,衣表温度随着衣下空气层厚度的增加而下降,但当空气层厚度达到16 mm时,自然对流的出现加大了皮肤向面料内表面的传热量,导致衣表温度升高。环境温度及风速与衣下空气层组合起来,共同影响人体通过服装系统向环境的散热量。     

手臂活动角度对服装局部热阻的影响

为研究手臂活动角度对衣下间隙局部分布及服装局部散热性能的影响,利用三维扫描仪量化了出汗暖体假人在6种手臂姿势下,12个体段的衣下间隙体积及接触面积,提取了表征人体活动空间大小的物理指标,测量了服装各体段的局部热阻。结果表明:手臂的前伸角度与衣下间隙体积呈负相关性,而与接触面积呈显著正相关性,人体的活动空间随着手臂前伸角度的增加而显著减少;各体段的局部有效热阻呈现出非均匀的分布状态,局部衣下空气层体积越大、接触面积越小的体段,其有效热阻越大。服装的有效热阻可用衣下间隙体积与接触面积百分比共同预测。     

燃烧假人衣下空气层的三维现场扫描测量与表征

为准确获取燃烧假人测试中防火服热暴露前后衣下空气层厚度及其分布,提出一种基于三维现场扫描的测量和表征方法。利用Kinect深度相机,通过在燃烧假人室内构建扫描平台,现场获得假人裸体及着装状态点云数据;基于Geomagic逆向工程软件进行三维建模、对齐和比较,并通过实现假人表面传感器在三维空间的准确定位,快速有效地表征衣下空气层厚度及分布。经验证发现:即使是相同的服装每次穿着后衣下空气层分布也存在较大差异;背部区域热暴露前后空气层厚度平均变异系数分别达到46%、35%。结果表明,以往异地扫描获得的数据难以准确反映燃烧测试时的真实状态,现场扫描更有利于准确分析因服装材料、规格、高温收缩等因素导致的衣下空气层变化对热防护性能的影响。     

衣下空气层对透气型防护服热阻和湿阻的影响

为确定适宜的服装宽松量,提升透气型核生化(NBC)防护服的热湿舒适性,设计了穿着实验。在温、湿度可控制的气候室内,借助出汗暖体假人和三维扫描技术,观察常温、静止状态下5套不同松量服装的热湿传递性能,探讨衣下空气层对NBC防护服热阻和湿阻的影响。研究结果表明:衣下空气层体积与平均厚度的增量变化相似,不同松量服装的衣下空气层对服装总热阻和总湿阻有显著影响;随着透气型NBC防护服松量的增大,服装总热阻随着衣下空气层的增加呈现先增后减的变化趋势,服装总湿阻随着衣下空气层的增加呈现逐渐增大的变化趋势。     

具有开放衣下空气层的织物系统水汽传递性能

在M 261型织物透湿性能测试仪的基础上设计和搭建辅助装置，实现了对具有开放的衣下空气层的织物系统的水汽传递性能的测试。利用该装置对8种织物进行了衣下空气层厚度分别为4、8、12、16 mm和20 mm时织物系统的水汽传递性能测试。结果表明：在风速为0.03 m/s的条件下，在一定范围内，织物系统的水汽传递率随着衣下空气层厚度的增大而增大；衣下空气层厚度为4 mm时，织物系统的水汽传递率低于织物的透湿率；衣下空气层厚度为16 mm时，对于普通织物，织物系统的水汽传递率达到最大，比织物的透湿率高29.3%;衣下空气层厚度为20 mm时，对于防水透湿织物，织物系统的水汽传递率达到最大，与普通织物相比，织物系统的水汽传递率几乎没有差异。     

防火服织物的服用热防护性能评价方法

针对当前国内外缺失有效评价服装热防护性能通用量化指标的现状,提出了基于织物热防护性能(简称TPP)测试的服装热防护性能评价方法。该服装TPP评价方法是通过拓展织物空气层厚度的TPP测试,同时对着装形态特征提取衣下间隙,然后将着装衣下间隙分布与织物不同空气层厚度的热防护性能值进行匹配与集成,从而获得服装热防护性能的评价指标。实验结果显示:相同织物条件下服装规格设计越贴体服装,热防护性能越差;相同规格条件下织物性能越好,服装热防护性能越好;该服装TPP评价与燃烧假人烧伤评价所反映的服装热防护性能一致,可与织物TPP值、燃烧假人烧伤评估共同作为服装热防护性能评价指标。     

衣下间隙对织物系统热湿阻的影响

为研究人体皮肤与织物之间存在的衣下间隙对织物系统传热透湿性能的影响,利用出汗热平板仪测试织物系统的热阻和湿阻,并通过在热板与织物之间放置不同厚度的分隔板来模拟衣下间隙厚度,实现了定量测试皮肤—衣下间隙—织物之间的热湿传递。实验结果证明:织物系统的热阻和湿阻先随衣下间隙厚度的增大而增加,但在衣下间隙达到12 mm时出现下降,随后又进一步增加;虽然织物厚度影响着织物系统的热阻与湿阻,但衣下间隙对织物系统热湿阻的影响更为显著。综合服装的合体美观与舒适保暖性能,建议防寒类服装设计采用胸围放松量6~8 cm之间为宜。本研究有助于理解服装宽松量设计与服装隔热透湿性能之间的相互关系,对服装产品的舒适设计有指导意义。     

衣下空间与服装穿着舒适性关系研究

为揭示衣下空间对服装穿着舒适性的影响,阐明衣下空间与穿着舒适性的关系,在介绍衣下空间定义与测量方法的基础上,通过分析和总结国内外相关研究,论述了不同状态的衣下空间对服装接触舒适性、压力舒适性、热湿舒适性的影响,并重点论述了衣下空间与服装热湿舒适性的关系。结果表明,衣下空间对服装热湿舒适性影响最为明显。最后对衣下空间与服装舒适性关系研究提出展望,认为应区分衣下空间与服装松量二者概念,并着重研究衣下空间热湿传递机理,以探究衣下空间最优分布规律。     

基于Geomagic软件的燃烧假人衣下空气层特征提取

防护服与人体间的空气层是影响服装热防护性能的主要因素。根据织物热防护性能研究过程中对衣下空气层厚度测量的要求,通过三维人体扫描设备获得的裸体假人和着装假人的点云数据,利用逆向工程软件Geomagic Qualify 实现快速建模,通过3D比较直观显示假人全身的衣下空气层分布,并计算每个热传感器对应的衣下空气层厚度大小。     

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。     

CFD数值模拟在着装人体传热研究中的应用进展

"人体-服装-环境"系统热传递机制的研究是评价着装人体热舒适、评估职业环境热安全的理论基础,对保障人员生命安全具有重要意义。CFD数值模拟是继物理实验研究之后的重要研究手段,可以在一定程度上补充实验研究。文章从CFD传热模型的建立方法出发,介绍了人体、服装、环境模型的构建方法,讨论了模型的验证参数及其测试手段,并分析了CFD方法在着装人体传热研究中的应用现状,最后从CFD传热模型的建立和应用角度提出目前存在的不足及未来的研究趋势。今后应完善数值服装模型的建立手段,并基于动态网格划分技术建立动态衣下空气层模型,最后对CFD模型的验证建立规范的评价标准。     

加热型织物系统的热传递性能

为优化电加热服的设计，建立皮肤、衣下空气层与加热型织物的组合体，探索其对加热型织物系统传热性能的具体影响。选用6种不同的织物，并通过在测试板与织物之间放置不同厚度的分隔板来模拟衣下空气层，分析加热装置关闭与打开时加热型织物系统的热阻和加热装置提供给测试板的加热功率的变化，评价织物系统的热量传递。结果表明：不论加热装置是否开启，加热型织物系统的热阻都随空气层厚度的增大而增加；加热装置打开时织物性能对织物系统热阻的影响增强；加热装置放置位置越靠近皮肤，加热效率越高。     

Correlation of fabric performances and space between garment and wearer's skin

为掌握衣下空间体积的变化规律,通过在标准体型人台上依次穿着面料不同、款式相同的服装,运用[TC]2 NX-16非接触式三维扫描技术采集点云数据,经过计算机图形处理和对比,立体再现衣下空间的存在,得到衣下空间的整体立体体积,逐步回归得出影响衣下空间的主要面料性能指标,以及这些指标共同作用于衣下空间体积的表达式.衣下空间与服装面料的性能有紧密关联性.衣下空间的大小与经向密度、悬垂度测试中的波峰均匀度呈显著正相关,与悬垂度测试中的波峰夹角均匀度呈显著负相关.该结论对服装的设计制作,尤其是功能防护服装的面料设计,可以起到先期预测并控制的作用.     

多孔式通风服衣下空气层的定量研究

为研究服装开口方式和风扇风速对通风服衣下空气层的体积、厚度及分布的影响,采用三维扫描法得到人体和服装的几何模型,通过逆向工程软件Geomagic Control对模型进行处理,分析不同条件下空气层厚度和体积的差异,以及空气层的分布规律.结果表明:风扇风速对平均空气层厚度的影响比开口方式更明显;风扇风速对整体和局部空气层...     

闪火中防护服装的形变及其影响因素

防火服在火焰中的收缩形变会影响其热防护性能并制约人体的肢体运动。本文提出用捺印的方法,通过燃烧假人闪火燃烧试验研究防火服各部位形变量的分布规律,探究形变差异的原因及影响因素,对比分析服装形变与假人皮肤表面烧伤程度的关系。结果显示,燃烧试验后防火服在四肢和背部发生了显著收缩形变,热流量、衣下空气层等是主要影响因素。着装姿势越复杂、闪火持续时间越长,服装越宽松,服装面料的面密度越大,服装形变越显著。服装形变显著的对应部位衣下皮肤的烧伤也越严重。     

针织运动服的通风设计与热湿舒适性评价

为研究通风孔和通风道设计对人体运动热生理及主观舒适感的影响,采用针织挑洞工艺与凸条工艺设计了2款运动服,在人工气候舱中进行着装人体实验,评价所研发运动服对人体皮肤温度、衣下湿度、汗液蒸发率等客观生理指标,以及主观热感觉、湿感觉、黏体感、舒适感的影响。结果表明:具有通风孔设计的服装能显著增加人体汗液蒸发,降低衣下湿度,同时受试者的主观热、湿、黏体及不舒适感也显著下降;在通风孔基础上进一步增加通风道设计的服装,由于衣下空气层厚度的增大,使得服装的热阻也增加,未能起到进一步改善人体热生理及舒适感的作用;在运动服的设计中,应当在控制服装热阻的前提下尽量提高通风性能。     

衣下空间体积与服装面料性能的关联性

为了掌握衣下空间体积的规律,本文通过在标准体型人台上依次穿着面料不同、款式相同的服装,运用[TC]2 NX-16非接触式三维扫描技术采集点云数据,经过计算机图形处理和对比,立体再现衣下空间的存在,得到衣下空间的整体立体体积,逐步回归得出影响衣下空间的主要面料性能项目,以及这些项目共同作用于衣下空间大小的表达式。衣下空间与服装面料的性能有紧密关联性。衣下空间的大小与硬挺度.抗弯长度、经纱密度呈显著正相关,与悬垂度.波峰夹角均匀度呈显著负相关。该结论对服装的设计制作,尤其是功能防护服装的面料设计,可以起到先期预测并控制的作用。     

织物热传递性能研究

从人体、服装、环境这一系统出发,探讨了织物层数和层间空气层厚度变化对热传递规律的影响。从紧贴织物和非紧贴织物两种情况入手,得到热传递随织物层和层间空气层厚度变化的规律;织物间空气层厚度的增加,会使织物总的克罗值增大,但随着层数的增加,总的克罗值增大的幅度越来越小。如果厚度太大,克罗值不仅不增加反而减小。