張敏 張曉欣 王倩男 王爭(zhēng)爭(zhēng)

滄州師范學(xué)院

熱防護(hù)服是對(duì)人員在超高溫或高溫條件下工作時(shí)進(jìn)行的安全保護(hù)。防護(hù)原理是降低熱轉(zhuǎn)移速度，使外界的高熱緩慢而少量的轉(zhuǎn)移至皮膚。本文是研究在高溫環(huán)境工作時(shí)，環(huán)境溫度到假人外側(cè)皮膚的傳熱量與防護(hù)服不同層度厚度等因素之間的關(guān)系。

一、90分鐘內(nèi)防護(hù)服測(cè)試數(shù)據(jù)研究

人體在初始時(shí)刻溫度為37°C，到1645s時(shí)溫度保持在48.08°C不變。因此，利用EXCEL文件進(jìn)行繪圖，得到關(guān)于假人外側(cè)皮膚溫度與時(shí)間的一個(gè)擬合關(guān)系式為y = 0.0006x + 45.988。接下來，依據(jù)傅里葉傳熱定律和微分方程建立了環(huán)境溫度通過熱防護(hù)服到假人皮膚的熱傳導(dǎo)模型。利用模型和皮膚溫度的擬合關(guān)系，通過MATLAB繪制出溫度分布圖，并將數(shù)據(jù)通過EXCEL文件展示。

二、II層最優(yōu)厚度

考慮熱防護(hù)服I，IV，III層厚度保持不變的條件下，環(huán)境溫度給出了固定值時(shí)，在保證工作時(shí)間一定時(shí)，約束條件為假人皮膚外側(cè)溫度大于44°C，并且時(shí)間不超過5分鐘，同時(shí)溫度不大于47°C，利用熱傳導(dǎo)模型和熱力學(xué)公式從而得到II層最優(yōu)厚度。

依據(jù)傅里葉定律可知傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度，傳熱面積和傳熱時(shí)間成正比

因此有以下在厚度為x時(shí)和0時(shí)的關(guān)系式：

和能量守恒定律可推出以下導(dǎo)熱微分方程一般形式:

在問題一已知外界環(huán)境溫度為75℃，I層厚度為0.6mm時(shí)，由上述公式可得通過一層的溫度為41.98℃，從而求得II層溫度范圍為22.82℃～95.08℃，進(jìn)而求得III層溫度為16.78℃～43.29℃，最終得到IV層溫度范圍為37.2℃～39.1℃。

最終得到溫度分布圖如下：