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。     

空气层及织物层数对通过纺织品热量损失的影响

由热量通过纺织品传递的基本规律入手 ,建立了描述热量通过纺织品传递的理论模型 ,利用有限元分析方法完成了相应的理论计算 ,并通过实验对理论分析结果进行验证。分析过程中针对纯棉织物 ,由织物外层表面温度及一定时间内总的热量损失等入手 ,从理论及实验 2个方面阐述了织物层数、人体与织物之间的空气层、织物间空气层在不同的环境温度下对热量传递的影响。     

空气层对针织物热传递性能的影响

在实际穿着过程中,衣服并不是全部紧贴皮肤的,衣服和皮肤之间、衣服和衣服之间有空气层存在,由于空气的导热系数远小于纤维的导热系数,因此空气层对针织物热传递性能有一定的影响。在GB/T 11048—2008《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》测试方法的基础上,采用自制试验装置,在针织物和模拟皮肤之间形成空气层以测定针织物在隔空气层状态下的热阻,由此计算和分析实际穿着时服装的散热量。结果表明,无空气层时多层针织物的复合热阻略小于各层针织物的热阻之和;隔相同厚度、不同面积的空气层时,针织物与空气层的复合热阻随着空气层的面积增大而增大,且呈线性关系;隔相同面积、不同厚度的空气层时,针织物与空气层的复合热阻随着空气层的厚度增加而增大,且呈线性关系。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

Study on heat transmission through multilayer clothing assemblies under different convective modes

The present work reports a detailed study on dry thermal resistance of multilayered clothing assemblies under different modes of heat transmission (i.e. non-convective mode, natural convection and forced convection). A series of multilayered fabric assemblies have been created with different combinations of fabric layers (like plain woven, nonwoven wadding, warp-knitted spacer fabric, weft-knitted breathable coated and weft-knitted aluminium coated) and air gaps of different thicknesses between fabric layers. Significant impacts of thickness of air gaps and mode of heat transmission on thermal resistance of multilayered clothing assemblies have been observed. The thermal resistance of the fabric assemblies increases with the increase in the thickness of air gap in between fabric layers. The thermal resistance of all the fabric assemblies at any given air layer thickness is highest under non-convective mode of heat transmission, followed by natural convection mode and the forced convection mode shows least thermal resistance. Incorporation of coated fabric in the outer layer reduces the effect of forced convection. ANOVA has been prepared and F value has been calculated to find the effect of modes of convection, type of fabric and thickness of air layer on thermal transmission properties. The results obtained from this detailed study will help in designing multilayered clothing assemblies suitable for different climatic conditions.     

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。     

The relationship between air gap sizes and clothing heat transfer performance

The objective of the study is to establish a quantitative relationship between air gap sizes and clothing thermal performance. Using a three-dimensional human body scanner, the thicknesses and volumes of air gaps of 35 experimental shirts were measured. Relationships between the thermal insulations of clothing, measured on a thermal manikin, and air gap volumes were examined by regression analysis. Also, the regression model between clothing surface temperatures, measured by an infrared thermal camera, and air gap thicknesses was established. The results proved that the thermal insulation of experimental shirts increased with air gap sizes but began to decrease as a result of natural convection when the air gap thickness was higher than 1?cm or the air gap volume was greater than 6000?cm³. The 3D human body scanner can accurately measure air gaps under clothing, but it is expensive and is not available everywhere. A substitute method is to build a mathematical model for predicting air gap sizes. In this paper, regression models were established to estimate volumes and thicknesses of air gaps when the ease allowances of chest circumference and fabric properties were known. This study can be used to predict the thermal performance of clothing at the product’s design stage.     

新型防护服水刺隔热层材料的性能研究

为开发性价比高的防护服隔热层材料,采用水刺工艺制备不同耐高温纤维质量配比的非织造隔热层材料,分析芳砜纶、芳纶1313、芳纶1414不同混纺比隔热层的力学、透气、热稳定、阻燃及热防护性能。结果表明:随着芳砜纶含量的增加,隔热层的阻燃、热稳定性能提高,但力学性能下降;隔热层中芳砜纶/芳纶1313/芳纶1414的质量配比为40/40/20时,性价比最高。     

空气层位置对消防战斗服隔热性能的影响

为研究辐射情况下空气层位置不同对消防战斗服材料隔热性能的影响,基于织物热湿传递多孔介质模型,建立织物-空气层-皮肤系统热湿耦合模型,研究空气层厚度为1~10 mm,位于外层与防水层之间及舒适层与皮肤之间时,织物背热面及内部温度变化;基于生物传热方程,采用Henriques人体皮肤烧伤模型计算人体皮肤烧伤时间。结果表明:空气层厚度相同,位于外层与防水层之间时,织物-空气层系统的隔热性能优于空气层位于舒适层和皮肤之间的情况,人体皮肤烧伤时间极大延迟;当空气层位于外层与防水层之间,厚度大于7 mm时,人体皮肤烧伤时间出现突跃性增大;消防战斗服在进行设计时应增大外层与防水层之间空气层厚度,并且对于身体各部分分开设计。     

低热辐射环境中消防服系统内热传递机制的研究进展

为有效避免低热辐射环境中消防作业人员遭受热损伤,揭示消防服系统内复杂的热交换机制并由此指导产品设计与开发,由消防服系统传热理论出发,从消防服织物基本性能和服装的款式特征、人体的形态结构与活动状态、辐射热源的特征以及热湿耦合作用4个角度对当前的研究进展进行了回顾与讨论。基于对以往研究中存在的难点和瓶颈问题的分析,提炼出未来研究中值得探索的方向,包括:非均匀空气层的分布与模拟方法的升级、非稳态人体运动和环境风形成的气流场和速度场变化规律及其与传热的关系、耦合人体热调节模型拓展服装传热机制研究的内涵3个层面。     

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。     

充气防寒服的保暖性能

为维持户外活动人体热舒适性,研发一种保暖性能可调的防寒服装,以满足人体在不同活动量或环境温度变化情况下对服装保暖性能的需求,评价了一件充气服装的保暖性能,通过“Newton”出汗暖体假人实验测试了充气服装在4种充气量和3种风速下的上身总热阻和局部热阻。实验结果表明:充气状态下胸部、腹部和背部的局部热阻以及上身总热阻显著大于未充气状态,但是充气量之间没有明显差异;充气服装局部热阻和上身总热阻均随着风速的增加显著降低,不同充气量之间也没有显著差异。研究表明,充气服装在一定程度上可以作为一种有效的手段动态调节服装的保暖性。