姜东昊

摘要：本文针对高温作业专用服装设计的问题，运用一维非稳态导热方程以及有限差分法，将温度分布设置为因变量，时间和环境温度为自变量，基于傅里叶热传导方程构建了温度随时间和空间分布三维模型。首先由皮肤表面测量温度数据确定第Ⅳ层内表面温度分布，进而经四次迭代得到一层织物热传导的温度分布，得出织物交界面处的温度分布，最后拟合出温度全局随时间和空间分布模型。

关键词：热传导；有限差分；温度分布

引言

在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤。在设计工作服时，首先要考虑穿戴方便和重量问题，因而厚度要控制在合理范围内，而综合考虑降低研发成本、缩短研发周期，这些因素将成为主要约束条件。本文研究的高温作业专用服装由三层织物材料构成，记为 I、II、III 层，经调查对比得知其中Ⅰ层和Ⅱ层是特殊织物层，III 层是热管液体层。而Ⅲ层与皮肤之间还存在空隙，将此空隙记为 IV 层。

1模型准备

假设每一层织物的物理模型均为一个表面积为2m?的平面，并且在同一平面上各点温度处处相同，首先考虑皮肤表面温度和第Ⅳ层温度之间的关系，由于涉及到人体散热的恒温控温过于复杂，因而要尽可能简化模型；得出第Ⅳ层温度分布之后，问题化简成为相同结构、不同参数、迭代四次的简易模型。分别得出四个织物层的温度分布之后，整体温度分布由四组数据拼接即可得出。暂时不考虑外界温度和厚度的改变对温度分布的影响。……