高温专用服装材料热传导控制问题
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Yang Chang，Lu Xin-yu，Li Hui
Abstract ：This paper focuses on the problem that people need to wear special clothing to work in high temperature environment to avoid burns.Special clothing generally has three layers of fabric material and a layer of voids.In this paper，based on a series of reference data，the data is fitted by MATLAB to obtain the inverse proportional function relationship.Under the assumption that the heat loss per unit area is the same and the heat convection at the gap of the clothes is neglected，this paper introduces the steady-state one-dimensional heat conduction model of the multi-walled wall in the chemical engineering principle[1]，and obtains the functional relationship between the heat loss per unit area and the temperature difference of different layers.Then，using the traditional rule algorithm to derive the function relationship between temperature and time of each layer.
Key words ：fixed-wall thermal conduction of multiple walls ；data fitting ；traditional rule algorithm
1 引言 人们需要穿着专用服装在高温环境下工作以避免灼伤。专
用服装一般有三层织物材料，分别记为 I、II、III 层，第 I 层 与外界环境接触，第 III 层与皮肤之间会存在空隙，将此空隙 记为第 IV 层。为了设计专用服装，将体内温度控制在 37℃的 假人放置在实验室的高温环境中，测量假人皮肤外侧的温度。
函数关系式
。其中虚线为温度差与时间的关系图，
实线为拟合的反比例函数曲线。
∆T/℃
42 40 38 36 34 32 30 28 26
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 t/s
图2 温度差与时间的
的图像
ห้องสมุดไป่ตู้
2.2 模型求解 通过 MATLAB 进行数据拟合，可以得到
表1 符号说明
Ti
第 i 层温度（℃）
t
时间（s）
∆T
外界温度和皮肤外侧温度的差值（以下均简称温度差）（℃）
Q
热流量（W）
q
单位面积热损失（W/m2）
λi
第 i 层热传导率（W/（m · ºC））
di
第 i 层厚度（m）
2 每层温度分布分析及模型建立 2.1 每层温度分布分析及模型建立
为了更直观的表示高温作业服装每层的情况，取其局部
示意图如图 1 所示。
外界恒定温度T0
C1, ρ1, λ1 C2, ρ2, λ2 C2, ρ3, λ3 C4, ρ4, λ4
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
d1
d2
d3
d4
人体皮肤T5
根据一系列专用服装材料的参数值，通过 MATLAB 将参 考数据导入得到温度与时间分布的关系后，为了找到每层温 度与时间的函数模型，通过 MATLAB 找出环境温度和假人皮 外测温度差值与时间的关系图可以发现温度差与时间的关系 和反比例函数的图像相近，因此需要验证温度差与时间是否 符合反比例函数的变化规律。为此，我们利用 MATLAB 进行 数据拟合，从而得到了图 2。由图 2 所知，温度差与时间的关 系符合该拟合函数模型，并且得到拟合后的温度差与时间的
关键词 ：多层壁的定态导热 ；数据拟合 ；传统规则算法 中图分类号 ：TQ175.732 文献标志码 ：A 文章编号 ：1003–6490（2019）02–0062–02
Heat Conduction Control Problem of High Temperature Special Clothing Materials
第45卷第2期
2019年2月
新材料与新技术
New Material and New Technology
化工设计通讯
Chemical Engineering Design Communications
高温专用服装材料热传导控制问题
杨 畅，陆欣雨，李 辉 （河北农业大学理工学院，河北沧州 061100）
摘 要 ：针对人们需要穿着专用服装在高温环境下工作以避免灼伤这个问题展开研究。专用服装一般有三层织物材料和一 层空隙。根据一系列参考数据由 MATLAB 进行数据拟合得到反比例函数关系式。在假定单位面积热损失相同以及忽略衣服间 隙处的热对流情况下，本文引入化工原理中多层壁的定态一维热传导模型 [1]，得到单位面积热损失与不同层温度差的函数关系式， 进而运用传统规则算法推导出每层温度和时间的函数关系式。
为了降低研发成本、缩短研发周期，需要利用数学模型 来确定假人皮肤外侧的温度变化情况，并解决下面的问题 ： 根据一系列专用服装材料的参数值，对环境温度为 75℃、II 层厚度为 6mm、IV 层厚度为 5mm、工作时间为 90 分钟的情形 开展实验，测量得到假人皮肤外侧的温度，可以建立数学模型， 计算温度分布。
（2）
经计算，得 a=1 603，b=104.23，c=26.3 为了找到每层温度与时间的关系，我们根据图 1，将（1）（2） 公式联立，可以得到 ：
Abstract ：This paper focuses on the problem that people need to wear special clothing to work in high temperature environment to avoid burns.Special clothing generally has three layers of fabric material and a layer of voids.In this paper，based on a series of reference data，the data is fitted by MATLAB to obtain the inverse proportional function relationship.Under the assumption that the heat loss per unit area is the same and the heat convection at the gap of the clothes is neglected，this paper introduces the steady-state one-dimensional heat conduction model of the multi-walled wall in the chemical engineering principle[1]，and obtains the functional relationship between the heat loss per unit area and the temperature difference of different layers.Then，using the traditional rule algorithm to derive the function relationship between temperature and time of each layer.
Key words ：fixed-wall thermal conduction of multiple walls ；data fitting ；traditional rule algorithm
1 引言 人们需要穿着专用服装在高温环境下工作以避免灼伤。专
用服装一般有三层织物材料，分别记为 I、II、III 层，第 I 层 与外界环境接触，第 III 层与皮肤之间会存在空隙，将此空隙 记为第 IV 层。为了设计专用服装，将体内温度控制在 37℃的 假人放置在实验室的高温环境中，测量假人皮肤外侧的温度。
函数关系式
。其中虚线为温度差与时间的关系图，
实线为拟合的反比例函数曲线。
∆T/℃
42 40 38 36 34 32 30 28 26
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 t/s
图2 温度差与时间的
的图像
ห้องสมุดไป่ตู้
2.2 模型求解 通过 MATLAB 进行数据拟合，可以得到
表1 符号说明
Ti
第 i 层温度（℃）
t
时间（s）
∆T
外界温度和皮肤外侧温度的差值（以下均简称温度差）（℃）
Q
热流量（W）
q
单位面积热损失（W/m2）
λi
第 i 层热传导率（W/（m · ºC））
di
第 i 层厚度（m）
2 每层温度分布分析及模型建立 2.1 每层温度分布分析及模型建立
为了更直观的表示高温作业服装每层的情况，取其局部
示意图如图 1 所示。
外界恒定温度T0
C1, ρ1, λ1 C2, ρ2, λ2 C2, ρ3, λ3 C4, ρ4, λ4
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
d1
d2
d3
d4
人体皮肤T5
根据一系列专用服装材料的参数值，通过 MATLAB 将参 考数据导入得到温度与时间分布的关系后，为了找到每层温 度与时间的函数模型，通过 MATLAB 找出环境温度和假人皮 外测温度差值与时间的关系图可以发现温度差与时间的关系 和反比例函数的图像相近，因此需要验证温度差与时间是否 符合反比例函数的变化规律。为此，我们利用 MATLAB 进行 数据拟合，从而得到了图 2。由图 2 所知，温度差与时间的关 系符合该拟合函数模型，并且得到拟合后的温度差与时间的
关键词 ：多层壁的定态导热 ；数据拟合 ；传统规则算法 中图分类号 ：TQ175.732 文献标志码 ：A 文章编号 ：1003–6490（2019）02–0062–02
Heat Conduction Control Problem of High Temperature Special Clothing Materials
第45卷第2期
2019年2月
新材料与新技术
New Material and New Technology
化工设计通讯
Chemical Engineering Design Communications
高温专用服装材料热传导控制问题
杨 畅，陆欣雨，李 辉 （河北农业大学理工学院，河北沧州 061100）
摘 要 ：针对人们需要穿着专用服装在高温环境下工作以避免灼伤这个问题展开研究。专用服装一般有三层织物材料和一 层空隙。根据一系列参考数据由 MATLAB 进行数据拟合得到反比例函数关系式。在假定单位面积热损失相同以及忽略衣服间 隙处的热对流情况下，本文引入化工原理中多层壁的定态一维热传导模型 [1]，得到单位面积热损失与不同层温度差的函数关系式， 进而运用传统规则算法推导出每层温度和时间的函数关系式。
为了降低研发成本、缩短研发周期，需要利用数学模型 来确定假人皮肤外侧的温度变化情况，并解决下面的问题 ： 根据一系列专用服装材料的参数值，对环境温度为 75℃、II 层厚度为 6mm、IV 层厚度为 5mm、工作时间为 90 分钟的情形 开展实验，测量得到假人皮肤外侧的温度，可以建立数学模型， 计算温度分布。
（2）
经计算，得 a=1 603，b=104.23，c=26.3 为了找到每层温度与时间的关系，我们根据图 1，将（1）（2） 公式联立，可以得到 ：