[发明专利]形变状态下热防护织物传热及皮肤烧伤预测方法

说明书

本申请公开了一种形变状态下热防护织物传热及皮肤烧伤预测方法，包括以下步骤：建立形变状态下织物厚度的拟合方程以获得织物厚度；建立形变状态下织物密度的计算方法以获得织物密度；建立形变状态下导热系数的计算方法以获得导热系数，其中，导热系数分别和形变后织物内的空气含量与形变前织物内的空气含量相关；建立通过单层热防护织物在热暴露及冷却阶段的传热方程及其相应边界条件和初始条件以求得织物温度；建立通过空气层的传热方程及其相应边界条件和初始条件以求得空气层温度；建立通过模拟皮肤传感器的传热方程及其相应边界条件和初始条件以获得皮肤温度场。由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明可以估计形变状态下织物层温度分布，并结合皮肤传热模型及皮肤烧伤积分模型进行皮肤烧伤等级预测。

技术领域

本发明涉及热防护服装领域，特别是涉及一种形变状态下热防护织物传热及皮肤烧伤预测方法。

背景技术

消防员在进行灭火救援时，通常会受到来自环境的热危害，热防护服作为隔绝人体与热环境的良好屏障，其可以减少热传递，延缓皮肤烧伤时间，其性能的好坏直接影响着消防员的生命安危及工作效率。消防员进行作业时，其长时间暴露于热环境中，热量储存至防护服中，当人体离开热环境时，热防护服作为被动热源，其储存的热量自然或被迫释放至人体皮肤，从而加重皮肤烧伤。同时，由于肢体动作变化及机械负荷，会导致织物发生拉伸或挤压形变，研究表明，2007-2011年中，美国消防员中15％的烧伤来自接触性和压迫性烧伤。因此，热防护服在拉伸、挤压形变状态下的传热研究至关重要。由于热防护性能的实验室模拟方法具有一定的危险性且可重复性较低，因此运用数值模拟方法建立一种形变状态下热防护织物传热模型来探讨环境-织物-皮肤间的整体传热机制并进行皮肤烧伤预测，为接触性和压迫性烧伤提供适当指导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种形变状态下热防护织物传热及皮肤烧伤预测方法，适用于模拟人体穿着热防护服时，由织物-空气层传热模型得出传递至模拟皮肤传感器表面的热流量，并将此热流量作为皮肤传热边界条件得出皮肤温度场，结合皮肤基面温度和皮肤烧伤积分模型进行皮肤烧伤预测。

本申请实施例公开了一种形变状态下热防护织物传热及皮肤烧伤预测方法，包括以下步骤：

(1)建立形变状态下织物厚度的拟合方程以获得织物厚度；

(2)建立形变状态下织物密度的计算方法以获得织物密度；

(3)建立形变状态下导热系数的计算方法以获得导热系数，其中，导热系数分别和形变后织物内的空气含量与形变前织物内的空气含量相关；

(4)建立通过单层热防护织物在热暴露及冷却阶段的传热方程及其相应边界条件和初始条件以求得织物温度场，所述传热方程中涉及所述织物厚度、所述织物密度以及所述导热系数；

(5)建立通过空气层的传热方程及其相应边界条件和初始条件以求得空气层温度场，所述边界条件中涉及所述织物厚度；

(6)建立通过模拟皮肤传感器的传热方程及其相应边界条件和初始条件以获得皮肤温度场，所述边界条件中涉及所述织物厚度。

优选地，所述步骤(1)中根据形变后织物厚度的实验数据，建立织物厚度与拉伸率的拟合方程，建立织物厚度与拉伸率、压力的拟合方程，织物厚度的拟合方程为：

当织物仅发生拉伸形变时，织物厚度与拉伸率的拟合方程为：

L_fab＝ax^c

当织物同时发生拉伸和挤压形变时，织物厚度与拉伸率、压力的拟合方程为：

L_fab＝dx^e+fx₁^g