基于暖体假人的热环境下人体安全评价

工业生产中的高温作业以及应急救援中的消防灭火等,对高温环境中的人体安全防护研究提出了需求。该文建立了将热生理反应理论计算与人体模拟实验相结合的高温环境人体安全评价方法。应用高温实验舱和红外热辐射板建立高温实验环境,应用理论模型实时计算出与热环境相对应的所需出汗率和体温的变化,应用NEWTON暖体假人模拟人体被动升温、显性出汗的交互过程。在热辐射温度为30~40℃的热环境中,研究人体体温、出汗率的变化,并从体温过高、出汗脱水两个角度判断人体所处的安全状态。结果表明,该方法能够模拟人体在高温环境下的热生理响应,并对人体安全情况作出评价。     

面向人体热反应计算的加热服装热湿传递模型

服装热湿传递数值模型是评估服装保暖防护性能、计算人体和环境的热湿传递以及评价人员冷暴露安全的重要工具。现有模型主要关注传统的被动保暖服装,针对主动加热服装的模型研究较少,且仅考虑织物层面,不能用于人体实际穿着服装中热反应计算的模拟。该文构建了适用于与人体热生理反应模型耦合计算的主动加热服装多层热湿传递模型。基于被动保暖服装模型,考虑电加热、相变材料(PCM)、吸湿发热等主动加热技术的产热传热机理,建立了适用于主动加热服装的热湿传递通用模型。针对最为普及的电加热服装,进一步考虑服装结构、辐射传热、分区与横向传热的特性,对模型进行优化改进,建立了适用于电加热服装的改进模型。与实验数据对比表明：所建立的通用模型和电加热服装改进模型对局部皮肤温度的预测误差分别不超过0.58℃和0.47℃,具有较好的准确度。所建立的模型可应用于低温暴露场景中穿着主动加热服装的人体热安全及服装防护性能评价,为公共安全以及环境工效学领域的人员防护、应急管理和防护装备研发提供参考。     

基于暖体假人实验的防刺服热阻和湿阻研究

为有效提高防护服装舒适性、降低人员体力消耗、加快人体防护装备研制与开发,开展了利用出汗暖体假人测量防刺服在不同环境下的热阻与湿阻特性的研究.根据国际标准,假人只适用于常温环境下服装的热阻和湿阻测量.对原有热阻模型进行修正,结合热电偶测量方法以及暖体假人测量技术,实现高温下防刺服热阻和湿阻测量.在温、湿度可控制的气候室内,设置不同环境工况,获得两套防刺服的热阻和湿阻特性,比较了不同防刺基板材料对防刺服热阻和湿阻的影响,以及防刺服不同部位热阻和湿阻的差异.实验结果表明,防刺服热阻随着温度升高而降低;而湿阻随着环境温度升高而增大,随着湿度增加而减少.      

暖体假人内部热损失率的试验研究

通过对暖体假人热平衡原理的阐述及散热影响因素的分析,提出产热率可作为评价暖体假人性能的一个综合指标,而由假人内部与表层温度差产生的内部热损失率是假人总体散热率中不可忽略的一部分。通过对一定条件下人体和假人散热率的计算、比较,得出内部热损失率与温度的关系式和暖体假人产热率的计算补偿方程。     

附加相变材料层的热防护服装传热数值模拟

火灾高温环境中,作业人员穿着防护服装可有效减小热压并提高着装舒适性.本文构建了模拟火灾环境下含相变材料的多层火灾安全防护服的传热模型,并利用热防护性能测试装置对模拟结果进行验证,计算与实验结果吻合良好.同时利用模型结果研究了防护性能与相变材料的熔点及相变层在服装层中的配置关系.研究发现与一般多层消防服相比,含相变材料层消防服在高温火灾环境下具有较好的防护性能,所选PCM的热物理属性,尤其是含PCM织物层在多层服装各层中的布置对服装防护人体皮肤烧伤性能影响较为显著.     

应用暖体假人测试服装热阻

服装热工性能的实验研究在国外开展得较早也较深入，研究手段也是多种多样．近年来暖体假人已开始用于成套服装的热工性能研究．文中探讨了在国内应用暖体假人的途径和方法，分析了暖体假人用于服装热阻测试的原理和相关条件，指出用暖体假人测试服装热阻是一种可靠而简便的方法．     

新型出汗假人"Walter"与"一步法"测量原理

新型假人“Walte”是一个用水和特种织物设计制造的出汗暖体假人系统，其内部采用水循环系统模拟人体的血液循环系统来实现人体的发热和温度分布特性，采用微孔膜复合织物模拟皮肤来实现人体皮肤的出汗特征。因其具有独特的结构和工作原理，实现了无任何假设条件的“一步法”测量方式来测量服装的两大热舒适性指标：热阻和湿阻。实验证明该系统设计是成功的，工作是可靠的。     

智能发热户外防寒服装研制与性能评价

服装的构成方式会对其防寒性能产生影响。根据户外冷环境的防护要求,研制了新型的多层户外防寒服套装,包括防水外套、抓绒内胆、防寒裤,采用智能电加热装置提高户外防寒服装的调温性能。通过暖体假人试验和真人试验分别评价防寒服装在两种状态下(加热和不加热)的保暖性能。暖体假人试验还探讨了两种风速(0.4和1.5m/s)对户外防寒服的冷防护性能的影响,结合真人试验表征的皮肤温度变化以及主观感受,从而评价所研制的智能发热户外服装的防寒性能。研究结果将为优化户外防寒服的设计提供科学依据。     

矿用应急降温服降温性能实验研究

介绍了矿用应急降温服的结构、降温原理及技术参数,并在矿井热环境模拟实验室利用暖体出汗假人、人体微气侯温度采集系统对其进行了降温性能实验研究。     

热适环境研究的计算机模拟与分析

为了定量地分析研究人体在着装条件下与周围环境的热湿交换,作者利用经过改进的湿热平板以及暖体假人等设备,对各种面料与服装进行了测试,其结果与传热传质教学模型的计算机求解进行了对比,发现对于一般室内服装,完全可以以数学计算代替繁复的测试而得到足够的精度。计算值可直接输入到热适指标PMV、PPD方程中,从而求得在各种设定条件下,空调环境的最佳设定参数,并且可与能耗分析程序联接,进行空调运行与能耗分析,实现最佳舒适与节能效果。本研究为在热适性环境研究中应用计算机求解与分析提供了实验与理论依据。     

服装开口部位对着装热舒适性的影响

服装开口是促进衣下空间与外界环境之间热交换的重要途径.采用暖体假人和人体生理试验方法,在无风和有风两种条件下,对胸部、背部和腋下等不同部位开口及无开口状态下的服装热阻、平均皮肤温度、衣下湿度和主观舒适感等指标进行测量.研究结果显示,服装开口部位对服装总热阻有影响,腋下开口的服装热阻最低;服装开口部位对人体体温调节有显著影响,在胸部和腋下开口有助于增强衣下空气与外界环境之间气体交换,增加对流和蒸发散热,从而减缓皮肤温度和衣下湿度升高.试验结果同时表明,风速对服装热阻及人体各项生理指标的影响更为显著.总体而言,服装腋下部位开口对人体热湿生理调节起到促进作用,具有较好着装舒适感.     

环境风速和温度的热舒适组合模型

在合理假定的前提下,从人体与热环境的基础理论出发,着重对影响人体与环境之间的对流换热的主要因素,即温度和气流速度在热舒适条件下二者的最佳组合关系进行了理论研究,并在实验研究的基础上对理论模型进行了校核,证明了该模型的可信度.     

动态热环境人体热感觉的模糊综合评判

为研究动态热环境下人体心理反应预测,基于模糊集理论及人与周围热环境瞬时热量传递的合理分析,提出一种动态热环境中人体热感觉模糊综合评判的方法。在本质上,人体外表面同周围环境之间换热热流通量的变化决定了人体在热环境中热感觉值的变化规律。该方法选取换热热流通量变化值作为特征变量,因而降低了求解问题的复杂度。数值模拟算法采用分层递阶模块式结构、基于知识的推理系统和模糊信息并行处理,具有结构简单、易修改扩充、计算速度快和占用存储空间少等优点。将模拟结果同微气候环境室的实验数据相比较,验证了算法的有效性。     

相变蓄热球体堆积床传热模型及热性能分析

为提高普适性和预测性,建立了相变蓄热球体堆积床热性能的传热模型,可以对系统多种热性能参数进行计算分析。经验证明模型结果与实验结果较吻合。表明该模型对相变蓄热球体堆积床的结构设计、性能模拟及运行管理可提供理论指导。     

高温热表面油料热着火过程的时变模型与实验

针对高温热表面油液蒸发和着火过程的时变特征,考虑这一过程中的对流传质传热,建立了热源作用下油液蒸发与着火理论模型,并通过"热图法"和"奇点分析"求解出控制体着火所需的热源最低温度。以正庚烷为研究对象,对高温热表面油液蒸发与着火过程进行了实验。理论分析与实验表明:油液着火所需的热源最低温度随时间变化较大,尤其在蒸发开始的前10min内,点火温度存在极值,具有明显的时变特征,油液热着火时变模型理论预测结果与实验结果吻合较好,对机舱防火、灭火实践具有一定的参考作用。     

室内沙疗室实验阶段气固耦合热环境的数值模拟

研究室内沙疗室实验阶段空气和沙体间热量传递规律。运用计算机流体力学(CFD)技术建立了室内沙疗室实验阶段三维热物理模型及数学模型,应用Fluent软件计算了沙疗室内气固耦合传热问题,数值模拟与实验验证了空气和沙体温度场的变化。结果表明模拟与实验中空气和沙体的温度场变化规律吻合良好;与吐鲁番沙疗场相对照,模拟得到了适宜室内进行沙疗的温度稳态层及其埋沙深度;通过单口热压自然通风使室内沙疗室的空气热环境具有一定的热舒适度。因而,室内沙疗室可提供沙疗所需温度且相对舒适的热环境,为进一步完善室内沙疗系统的设计提供理论和实践依据。     

对流冷却下板状激光介质热效应的三维模拟

高热负荷固体激光介质的热效应是制约激光器功率提高的严重障碍。以不均匀换热系数模型为基础,研究了具有非均匀内热源的侧面双向抽运板状激光介质在强制对流冷却下的耦合换热问题。结果表明:忽视对流换热系数的非均匀性将导致介质温度场和热应力场计算结果偏低;在平均导热系数取值基准下,介质热物性的温度依存性对其温度分布影响不大。与一维理想模型(均匀换热系数、常物性)的结果不同,采用三维模型并考虑入口段效应时,介质最大应力随R eyno lds数的增大而减小,而对介质膨胀系数的非线性作用不敏感,采用平均膨胀系数即可满足要求。     

非均匀环境下不同空调形式对人体热舒适的影响

通过对20名受试者在不同空调形式（对流空调、辐射地板空调、辐射吊顶空调等）及个人舒适系统(Personal Comfort System)多工况下生理参数和主观反应的实验研究,得到冬季辐射和对流换热形成的非均匀环境对人体热舒适的影响,同时建立了不同工况下考虑局部影响权重的人体热感觉评价模型。结果表明：①不同空调形式下局部热感觉对整体热感觉影响权重不同;②三种空调形式下不使用PCS时远窗侧人员最冷部位（足部）热感觉投票值均高于近窗侧,全体人员足部热感觉投票值在辐射地板空调中最高。使用PCS可提升局部热感觉和热舒适,局部热感觉提升最显著部位分别是肩胛部（对流）、腹部（辐射地板）和大腿（辐射吊顶）;③此外,PCS可以降低人员期望温度（Preferred Temperature,PT）,在辐射地板组合PCS时期望温度变化最大。