[发明专利]一种消防员灼伤预警的方法

说明书

技术领域

本发明属于消防员防护的技术领域，特别是一种消防员灼伤预警的方法。

背景技术

世界每年都有成千上万的人员因为火灾而烧伤，甚至丧失宝贵的生命。在火灾环境非常恶劣的时候，消防员穿着火灾防护服暴露于火灾现场，热量被传递至火灾防护服内会造成以下三种伤害：因传递至身体的热量过高造成的消防员的皮肤灼烧，因带有热量的火灾防护服对皮肤挤压造成的蓄热烧伤，和因皮肤出汗造成的蒸汽烫伤。由此可见，火灾防护服的防护性能很大程度也与火灾防护服、人体之间的动态热湿互动过程有着十分紧密的联系。

为了研究火灾防护服装的防护性能，人们主要采用三种方法：真人着装测试法、客观实验测试法和计算机模拟法。真人着装测试容易将受试者置于危险状况，而客观实验往往受限于样品和测量手段使其实验结果显得苍白无力。随着计算机模拟技术的出现，可以模拟火场环境以及防护服装的热湿机理，为消防员烧伤预警提供了强有力的工具。虽然国内外研究者在模拟火灾防护服中本身的热湿传递过程取得了成功，但却没有考虑火灾防护服与人体的动态热湿互动过程以及人体热生理调节机制对于防护效果的影响，以及在此模型的基础上整合皮肤烧伤模型对灼伤进行预警。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种消防员灼伤预警的方法，其通过测量火灾环境中火灾防护服表面的热流通量，以及消防员身体各部位当前的皮肤温度，作为输入参数，实时输入到建立的灼伤预警模型软件中，根据模型预测出的人体皮肤温度生理参数的变化曲线，最后预测出皮肤烧伤时间，给消防员及时预警。

为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以解决：

一种消防员灼伤预警的方法，包括如下步骤：

(1)实验测试，测得火灾防护服材料基本物理属性、热防护性能和火灾环境中火灾防护服表面的热流通量、以及消防员身体各部位当前的皮肤温度；

(2)模型建立，根据火灾防护服在动态变化的火场环境下的传热与传湿的机理，建立的防护服动态热湿传递模型；根据人体的热生理系统以及体温调节机理，建立的人体热生理模型；根据皮肤烧伤机理，建立皮肤烧伤模型；

(3)模型整合，根据步骤(1)的测试结果和火灾防护服与人体动态热湿交互过程的机理，对于它们之间的动态交互过程进行数学描述，将所述人体热生理模型和防护服动态热湿传递模型两个模型整合为火灾防护服-人体模型，基于建立的所述火灾防护服-人体模型，整合所述皮肤烧伤模型，组成灼伤预警模型。

(4)对于消防员救灾过程进行动态仿真，根据所述灼伤预警模型模拟灼伤预警。

作为优选的技术方案：

本发明中，所述人体热生理模型采用多节点模型，将人体分为头、躯干、手臂、手、腿和脚段，每段又分为体核、肌肉、脂肪、皮肤四层，且该人体热生理模型包括一汗水皮肤积聚模型。

本发明中，所述防护服动态热湿传递模型，根据人体热生理模型所划分的段，每一段都采用多层结构的一维多孔介质传热与传湿模型，采用有限容积法离散化控制方程。

本发明中，所述皮肤烧伤模型，基于表皮层和真皮层之间的界面温度或者真皮层和皮下组织之间的界面温度来预测烧伤程度。

本发明中，所述步骤(3)中整合皮肤烧伤模型，需要将所述人体热生理模型的皮肤分为三层：表皮层、真皮层和皮下组织。

本发明中，所述步骤(4)中的仿真与模拟，火灾防护服不直接与火焰接触，而且火灾防护服没有发生热降解。

由于采用以上技术方案，本发明的一种消防员灼伤预警的方法具有以下有益效果：

本发明通过测量火灾环境中火灾防护服表面的热流通量，以及消防员身体各部位当前的皮肤温度，作为输入参数，实时输入到建立的灼伤预警模型软件中，根据模型预测出的人体皮肤温度生理参数的变化曲线，最后预测出皮肤烧伤时间，给消防员及时预警，使其及时撤离危险位置。使用本发明专利提出的消防员灼伤预警方法，可以有效避免消防员在火场中被烧伤，甚至丧失宝贵的生命。

附图说明

图1是本发明的防护服动态热湿传递模型的三层结构热湿传递示意图

图2a是本发明的人体热生理模型示意图；图2b是每段的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施方式，对发明作进一步说明：

一种消防员灼伤预警的方法，包括如下步骤：

(1)实验测试：