高温作业专用服装设计
2018数学建模国赛优秀论文A题-基于非稳态导热的高温作业专用服装设计
图 5.2 细杆示意图
设 c 为杆的比热容（单位物质升高或降低单位温度所吸收或放出的热量，它与物质 的材料有关）， 为杆的密度，则有：
（3）当环境温度变为 80℃时，确定Ⅱ层和Ⅳ层的最优厚度，以确保工作 30 分钟时假人皮肤的外侧温度不超过 47℃，并且超过 44℃的时间不超过 5 分钟。
2 问题分析
2.1 问题一分析 高温作业下的专用服装分为四层，对于第四层考虑其服装材料的参数值如密
度，比热容以及热传导率可认为是空气层。体内温度为 37℃的假人放置在 75℃ 高温实验室中，皮肤温度根据热传导可以得出所有层织物以及空气在初始时刻的 温度为 37℃；75℃的高温热源是恒温源；通过分析附件 2 中皮肤外侧温度随时 间的变化，最后在 1148 秒左右温度维持在 48℃，之所以会维持一个稳定值，是 因为假人体内的温度维持在 37℃，这使得假人皮肤外侧的温度会维持一个稳定 值。假人体内相当于一个不断吸热的耗散源，但同时又需维持自身的恒定温度。
针对问题三，在问题二的基础上增加变量 d4 进一步确定最优的厚度组合。首 先将厚度 d2 , d4 视作平面上的点（ d2 , d4 ），其次对平面的点搜索，确定出满足问 题三约束条件下的点集。这里求出 83 个满足约束的点。其次是考虑高温环境下 作业人员应尽快完成作业，所以把高温下的工作服体积小、质量轻方便作业人员 操作为主要因素，把舒适程度当作辅助因素。确定厚度标准=d2 d4 最小，找出 最终符合的点（16.8，6.4），即Ⅱ层介质厚度为 16.8mm，Ⅳ层厚度为 6.4mm。 温度超过 44℃不超过 47℃所需时间为 1512s,工作时间为 1800s 的温度为 44.7℃。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计随着气候变暖和能源开发的加强，高温作业的需求越来越大。
而在高温环境中作业，工人们面临着很多危险和挑战，如高温热射线、高温气体、高湿环境等。
设计一款适合高温作业的专用服装至关重要。
本文将从材料选择、结构设计和人体工程学角度来探讨高温作业专用服装的设计。
材料选择是设计高温作业专用服装的关键一步。
面料应具有良好的导热和导湿性能，能够快速将热量和湿气从体表传导出来，提高热量和湿气的排出效率，使工人的皮肤能够保持干燥和透气。
常用的面料有涤纶、棉麻、竹纤维等。
面料应具有较好的防火性能，能够有效地抵御高温环境中的火焰和火星的侵袭，减少工人因火灾事故而受伤的风险。
常用的防火面料有阻燃涤纶、阻燃棉纤维等。
面料应具有良好的耐磨性和抗撕裂性能，能够在高温环境中经受住摩擦和撕拉的考验，保证服装的耐用性。
面料还应具有较好的抗静电性能，防止静电的积累和释放，减少工人因静电事故而受伤的风险。
在结构设计方面，要注意服装的保暖性和透气性。
一方面，需要保证服装在高温环境下能够有效地隔离外界的高温热射线和高温气体，避免工人的皮肤直接接触到高温物体，减少热量的传递和吸收。
为此，可以在服装的外层增加一层隔热材料，如铝箔膜。
需要保证服装能够良好地排汗和排湿，防止汗液在皮肤表面滞留，导致湿热。
为此，可以在服装的内层增加一层吸湿排汗材料，如聚酯纤维。
为了提高服装的舒适性和便利性，还可以考虑为服装增加一些人性化设计。
可以在领口和腋下增加通风孔，增加空气的流通，提高服装的透气性。
可以在袖口和腿口增加防火带，减少火星的进入，提高服装的安全性。
可以在腰部和膝部增加调节带，使服装能够根据工人的需要进行调整，提高服装的舒适性。
设计高温作业专用服装需要综合考虑材料选择、结构设计和人体工程学等多个因素。
通过合理选择面料、优化结构设计和添加一些人性化设计，可以设计出更加适合高温作业的专用服装，提高工人在高温环境下的安全性和舒适性。
高温作业专用服装设计
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald82DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.15.082高温作业专用服装设计①邱秀亮 俞青清 杨位乾 陈旭(集美大学诚毅学院 福建厦门 361000)摘 要：本文基于傅立叶定律结合多层平壁热传递模型和干燥热传递模型，构造时间—位置—温度的热传递偏微分方程来解决热防护服装厚度的合理设计问题，然后将偏微分方程进行离散化处理，通过数据预处理发现皮肤表层超过1646s 以后温度不再增长，我们认为自此系统处于动态热平衡状态。
利用有限差分法在MATLAB上算出动态热平衡之前的温度分布，得到动态热平衡状态时各层交界处的温度。
关键词：热防护服 干燥热传递模型 有限差分法中图分类号：TS941.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)05(c)-0082-02①基金项目：本文是2018年“创新创业训练计划”中的项目《高温作业专用服装设计》（项目编号：201813471003 ）的阶段性成果。
作者简介：邱秀亮（1983，1—），男，汉族，江西赣州人，硕士研究生，讲师，研究方向：图论、复杂网络、偏微分方程。
现如今人们从事各种高温作业下的安全隐患有增加的趋势，在高温条件下热防护服具备对人体进行安全防护的功能而显得十分重要。
比如消防员在火场环境灭火救援时常处于高温高辐射的环境，如果防护服太厚重，经常会导致热应激反应，因此在高温作业时保护人体皮肤不受伤害的前提下，如何减少防护服厚度，是本文讨论的根本问题。
目前急需要解决的问题有：(1)根据已知的服装材料的参数值以及在条件为75℃环境温度、II层厚度为6mm、IV 层厚度为5mm、工作时间为90min的情形下，计算温度的分布；(2)当环境温度为65℃时，IV层厚度为5.5mm时，在确保工作60min时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超过44℃的时间不超过5min的条件下确定II层最优厚度；(3)当环境温度为80℃时，在保证工作30min时，其余条件与上述相同以此来确定II层和IV层的最优厚度。
高温作业专用服装的合理设计
2019第2期中（总第291期）此问题，属于数据预测类问题。
首先构建一个皮肤内侧等效热导层，并建立一维多层平壁导热模型。
发现同一介质内部温度随距离成一次函数关系，建立一个关于各层平壁边界温度的四元方程组，求得稳定状态时温度随位置分布Tmax （x ）。
通过MATLAB 的cftool 工具箱，拟合得到高温条件下某位置温度变化的单一位置参数函数，分析得到参数值和各位置温度变化T （x,t ）,以位置x 步长0.1mm 、时间t 步长1s ，得到温度分布。
对非稳定状态下导热公式（4）离散化，使用差分方法求x=δ5的近似解，与拟合的函数比较，验证函数准确可靠。
最后对本文所建立的高温作业服装模型进行了客观的评价，提出了改进的建议，结合整个模型特点进行推广，提高此模型的实际生产意义。
一、模型假设假设服装各层的热导率等理化因子不随温度变化，且各材料具有各向同性；假设多层平壁紧密结合，结合面的温度相同，不存在热突变；假设热量传递仅依靠热传导，不涉及热辐射和热对流；假设温度不会发生突变，皮肤外侧温度为紧靠近皮肤处温度，皮肤内侧存在小距离温度变化层。
二、模型的建立与求解第一部分：问题1的模型（一）热稳定时材料内部温度分布高温作业服装有I 、II 、III 三层织物材料，其中I 层与外界环境接触，III 层与皮肤之间还存在空隙为IV 层，为了处理假人体内温度恒为37℃，而皮肤表面温度随时间变化，则构建一个皮肤等效热导层v 层存在于体表内侧，其等效热传导率与Ⅳ层相同。
图1皮肤的等效热传导的模型T5为假人的体内温度，即Ⅴ层下限边界温度；T0为服装外界高温环境温度，即Ⅰ层上限边界温度。
将体内温度为37oC 的假人放置在高温环境中，测量假人皮肤外侧的温度，根据题目所给附件二的具体数值通过程序2画出图2。
由图2可知，将假人放置在高温条件1625秒时，体表外侧服装内侧达到最大值48.08℃。
由于各层的长、宽都远远大于其厚度，因此假设我们的研究对象是无限大平壁。
高温作业专用服装的设计与研究
高温作业专用服装的设计与研究高温作业是一种严峻的环境，处于这种工作环境中的工作人员需要面对高温、高湿、高辐射等多种压力和危险。
为了确保工作人员的安全和健康，以及提高工作效率，高温作业专用服装成为了必不可少的一项保护措施。
本文将就高温作业专用服装的设计与研究进行介绍及探讨。
1.保护作业人员安全。
高温作业过程中，存在着多种危险因素，如火焰、高温、高湿、辐射等，专用服装需要具备防火、抗高温、透气、防辐射、防水等功能，确保作业人员的安全。
2.舒适性。
高温作业过程中，人体会出现大量的汗水，专用服装需要具备透气、吸汗、快干、轻便等特性，合理的设计可以减少工作人员的疲惫感，提高工作效率。
3.易穿着与使用。
高温作业专用服装的使用频率相对于其他工作服装更高，因此，服装的穿着和使用应该简单、方便，使得作业人员可以快速、便捷地穿戴使用。
1.防火材料。
高温作业环境中常常存在火源，专用服装的材料需要选取防火性能好的材料，例如耐火绸等。
此外，在面料的选择方面，如果有特殊的标准要求，例如阻燃指数和防火标准，则必须要符合标准要求，如EN ISO 11612防火服。
2.隔温材料。
高温环境下，专用服装需要隔离高温对皮肤的直接伤害，因此，需要选用具备良好隔热性能的材料。
例如，使用耐高温碳纤维布材质，可有效隔离高温，避免对人体皮肤的烫伤。
3.透气材料。
高温环境下，人体会不断流失水分，导致身体过度疲劳。
专用服装需要使用透气材料，使空气流通，减轻身体负担，如使用涂有PTFE的非织造材料。
1.领口。
领口应高约20cm，避免热气升腾至脸部。
2.袖口。
袖口设计应紧贴手腕，以防热气从袖口流入。
3.衣身。
衣身必须符合人体工程学的设计，尤其是活动性的部位，以确保作业人员在工作时能够无阻力地完成工作任务。
4.采用独特的魔术贴。
在服装的一些功能部位，例如领口和袖口处，采用独特的魔术贴设计，可以可以缓解热气下传的问题。
总之，高温作业专用服装是一项涉及多个领域的重要保障，除了最基本的防护功能外，还应该将透气性、隔热性、防火性等指标作为考虑的因素，服装的色彩、外观也应当符合个人的需求和品味，提高穿戴舒适度和易使用性的要求，这些都是必须注意的关键因素。
高温作业专用服装设计讲解
高温作业专用服装设计讲解高温作业专用服装设计讲解在高温环境下工作可能会给工人带来严重的健康风险，因此，为了保护工人的安全和健康，高温作业专用服装设计显得尤为重要。
本文将对高温作业专用服装设计进行详细讲解，包括设计原则、材料选择以及功能特点等。
一、设计原则高温作业专用服装设计的主要原则是保证工人在高温环境下的舒适度和安全性。
具体而言，设计原则包括以下几个方面：1. 透气性：高温环境下，工人的体温容易升高，容易引发中暑等症状。
因此，服装应具备良好的透气性，能够让空气流通，减少体温的上升。
2. 防火性：高温作业环境往往伴随着火焰、高温物体等安全隐患，因此服装应采用不易燃烧的材料，能够有效地减少工人的烧伤风险。
3. 耐磨性：高温作业环境通常温度较高，汗水较多，工人的活动强度大，因此服装应具有一定的耐磨性，以延长服装的使用寿命。
4. 轻便舒适：由于高温环境下工作的特殊性，服装应尽量轻便、舒适，以减少对工人活动的限制，并提高工作效率。
二、材料选择高温作业专用服装的材料选择至关重要，直接影响服装的性能和功能。
在选择材料时，应考虑以下几个因素：1. 纤维材料：选用高温纤维材料制作服装，如阻燃纤维、耐高温纤维等。
这些纤维具有一定的防火性能，能够在高温环境下提供更好的安全保护。
2. 透气性材料：选用具有较好透气性的材料，如透气膜、透气涂层等。
这些材料能够提高服装的透气性，减少工人的体温上升。
3. 耐磨材料：选用耐磨材料制作服装，如高强度聚酯纤维等。
这些材料具有较好的耐磨性能，能够延长服装的使用寿命。
4. 轻便材料：选用轻便材料制作服装，如气凝胶、空气层等。
这些材料重量轻，穿着舒适，不会给工人活动带来过大的限制。
三、功能特点高温作业专用服装的功能特点是其设计的核心，决定了服装的实际效果和使用价值。
下面列举几个常见的功能特点：1. 阻燃功能：高温作业专用服装应具备一定的阻燃功能，能够在高温环境下有效地减少工人的烧伤风险。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计作者：史志华李烽郭新宇来源：《中国科技博览》2019年第12期[摘要]在实际工作中，人们不可避免地会遇到需要在高温环境中工作的情况。
高温作业专用服装是一种特制的热防护服，可以有效的降低高温环境工作人员的体温，避免高温伤害。
通过对热防护服各层参数的分析研究，建立了热力学偏微分方程模型，利用有限元差分法求解，求出热防护服各层的最优厚度，从而给出其最优设计方案。
[关键字]热防护服；偏微分方程；温度分布图；有限元差分法中图分类号：TP419 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0299-011.问题重述热防护服通常由三层织物材料构成，分别记为I层、II层、III层，其中I层与外界环境接触，III层与皮肤之间还存在空隙，将此空隙记为IV层。
对实验室环境温度为、II层厚度为、IV层厚度为、工作时间为90分钟的情形开展实验，数据来自于2018年国赛A题附件1。
请建立数学模型计算热防护服各层的温度分布。
2.问题分析分析题目可知，高温工作防护服的原理是外界环境温度经过由织物材料组成第I层、第II 层、第III层工作服以及工作服和假人皮肤之间的空隙构成的第IV层进行传递，达到降温及安全工作的目的。
因此，建立“环境-服装-假人”系统如下图所示：已知外界环境温度即防护服I层左侧开始温度为75℃，首先对附件2中90分钟的测试数据进行处理，拟合得到假人皮肤外侧温度随时间的变化趋势，分析可知当时间在1645s后，假人皮肤外侧的温度就不再变化。
利用MATLAB对数据进行指数拟合得到假人皮肤外侧温度随时间变化的函数关系式，然后根据相应的热力学公式，建立热传导微分方程组模型，结合附件1中给出的热防护服I层、II层、III层及IV层空气层的密度、比热、热传导率和厚度范围进行求解。
但考虑到偏微分方程的求解有一定难度，因此使用有限元差分的方法将偏微分方程离散化，即可得到热防护服I层、II层、III层和IV层空气层温度分布的近似解，且能够通过图形直观的看出热防护服各层的温度分布情况。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计随着现代化工业和生产力不断发展，高温作业已成为一种常见的工作环境。
高温下工作一定时间后，人体会出现疲乏、头晕、恶心等症状，严重时还会引发中暑或热射病等危险情况。
因此，对于进行高温作业的员工来说，一套高温作业专用服装至关重要。
一、高温作业的特点在高温作业环境中，穿着普通的服装很容易引起体温升高，影响工作效率和身体健康。
而高温作业专用服装的设计应该具有以下特点：1.透气性好：高温环境下，人体出汗较多，如果穿着的服装透气性差，汗液会潴留在身体的表面，使得用户感到不舒适。
因此，专用服装应该选择透气性好的材料和设计。
2.凉爽舒适：高温环境下，人体需要保持适当的温度和湿度，这样可以提高身体的舒适度和健康状态。
因此，专用服装应该采用轻便低温的材料，设计简洁，减少摩擦和磨损，使得用户在高温环境下不会感到任何不适。
3.防辐射：一些高温作业环境中，存在强烈的辐射，如当化工车间、电子厂等环境下。
特别是在长时间工作的情况下，会对人体的健康造成严重影响。
因此，高温作业专用服装需要具有一定的防辐射的功能，保护用户的安全和健康。
4.易清洗：在高温环境下工作，很容易使得衣服变脏，而不能及时清理，会引起感染等健康问题。
因此，专用服装要容易清洗，采用防菌和耐高温的材料，保证使用寿命长，使用效果好。
在高温作业专用服装的设计浪潮中，需综合考虑流行、舒适、环保、安全和实用等多种因素，才能设计出适合高温作业环境下使用的专用服装。
根据此要求，可从以下几个方面来介绍高温作业专用服装的设计：1.面料：高温作业专用服装的面料需要具有一定的防辐射功能、透气性好、吸汗排湿等特性。
推荐使用金属氧化物混纺纤维，在一定程度上可以降低辐射损害；又或者采用纳米技术对棉质面料进行改良，以提高其透气性和吸湿排汗性。
2.设计：设计方面，首先需要注意清晰而简单的设计风格。
舒适、简洁的作业服是设计时的重要要求；同样重要的是，设计功能型口袋，可放置手机，工具等小物品，方便用户使用。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计在高温环境下工作时，穿戴适合的专用服装是非常重要的。
高温环境下的工作，例如高温车间、锅炉房、矿山、油田等，工人们面临高温、高湿和高辐射的压力，所以需要具备一定的防护性能的服装。
高温作业专用服装应选用透气性好的材料，以便及时排出体内的汗液和水分。
透气性好的材料可以帮助身体散发热量，保持适宜的体温，减少对人体的热压力。
常用材料有涤纶、尼龙、棉麻等。
这些材料具有较好的透气性，能够满足身体散热的需求。
高温作业专用服装应具备防辐射功能，以保护身体免受高温炉火和辐射的伤害。
高温作业场所通常存在辐射源，例如高温炉火或放射性物质，所以服装需要具备辐射防护功能。
一些特殊防辐射材料可以有效地阻挡热辐射和电磁辐射，减少对人体的伤害。
高温作业专用服装还应具备防火功能。
高温作业场所往往面临着火灾的风险，因此服装需要具备较好的防火性能，以减少火灾对工人的伤害。
防火材料可以有效地阻燃，减缓火焰传播的速度，增加逃生的时间窗口。
高温作业专用服装还应具备耐磨性和耐高温性。
高温作业场所通常地面温度较高，工人们需要长时间地站立，所以服装需要具备耐磨性，以延长使用寿命。
高温作业场所的温度往往接近或超过了普通材料的极限温度，所以服装需要具备耐高温性，以确保工人的安全。
高温作业专用服装应注重舒适性和人体工学设计。
在高温环境下工作往往引起工人们的不适，所以服装需要有良好的舒适性，以提高工人的工作效率。
服装的设计应考虑到工人的活动范围和姿势，以提供更好的工作体验。
设计高温作业专用服装需要考虑透气性、防辐射功能、防火功能、耐磨性、耐高温性、舒适性和人体工学设计等因素，以满足工人在高温环境下的工作需求。
这样的专用服装可以帮助工人们保持舒适和安全，提高工作效率，减少工伤事故的发生。
2018年数模国赛A题
2018年高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目
（请先阅读“全国大学生数学建模竞赛论文格式规范”）
A题高温作业专用服装设计
在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤。
专用服装通常由三层织物材料构成，记为I、II、III层，其中I层与外界环境接触，III层与皮肤之间还存在空隙，将此空隙记为IV层。
为设计专用服装，将体内温度控制在37ºC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。
为了降低研发成本、缩短研发周期，请你们利用数学模型来确定假人皮肤外侧的温度变化情况，并解决以下问题：
(1)专用服装材料的某些参数值由附件1给出，对环境温度为75ºC、II层厚度为6 mm、IV层厚度为5 mm、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（见附件2）。
建立数学模型，计算温度分布，并生成温度分布的Excel文件（文件名为problem1.xlsx）。
(2) 当环境温度为65ºC、IV层的厚度为5.5 mm时，确定II层的最优厚度，确保工作60分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47ºC，且超过44ºC的时间不超过5分钟。
(3) 当环境温度为80C 时，确定II层和IV层的最优厚度，确保工作30分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47ºC，且超过44ºC的时间不超过5分钟。
附件1. 专用服装材料的参数值
附件2. 假人皮肤外侧的测量温度。
高温作业专用服装设计的数学建模
高温作业专用服装设计的数学建模1. 引言1.1 高温作业专用服装设计的数学建模简介在高温环境下进行作业是一项极具挑战性的任务，特别是在需要长时间接触高温的情况下，员工需要穿着专门设计的高温作业专用服装来保护自己免受热源伤害。
而设计这些高温作业专用服装需要考虑许多因素，比如材料的选择、热阻性能、透湿性能、舒适性以及耐热性能等。
数学建模在高温作业专用服装设计中发挥着重要的作用。
通过数学建模，设计师可以更好地理解热传导、透湿性以及舒适性等物理现象，从而优化设计方案，确保服装在高温环境下具有良好的保护效果和穿着舒适性。
本文将重点介绍高温作业专用服装的数学建模方法，包括材料选型的数学建模、热阻的数学建模、透湿性能的数学建模、舒适性的数学建模以及耐热性能的数学建模。
通过对这些关键指标的数学建模，设计师可以更好地理解服装在高温环境下的表现，进而改进设计方案，提高服装的保护效果和穿着舒适性。
通过数学建模，高温作业专用服装设计可以更加科学和精准，为工作者提供更好的保护。
2. 正文2.1 高温环境下工作服材料选型的数学建模在高温环境下工作服的材料选型是设计高温作业专用服装的关键之一。
通过数学建模可以帮助我们选择合适的材料，并优化设计方案，以确保工作人员在高温环境下的安全和舒适。
我们需要考虑材料的热传导性能。
热传导性能决定了材料对热量的传递速度，直接影响着工作服的隔热性能。
通过数学模型可以计算不同材料的热传导系数，从而选择具有较好隔热性能的材料。
材料的抗拉强度和耐磨性也是关键因素。
数学建模可以帮助我们预测不同材料在高温环境下的机械性能，包括抗拉强度、耐磨性等指标。
这些指标直接影响着工作服的耐久性和安全性。
材料的透气性和吸湿性也需要考虑。
数学模型可以帮助我们计算不同材料的透气性能和吸湿性能，以确保工作服在高温环境下具有良好的透气性和舒适性。
2.2 高温作业专用服装热阻的数学建模高温作业专用服装热阻的数学建模是在设计高温环境下工作服时必不可少的一部分。
高温作业专用服装设计的数学建模
高温作业专用服装设计的数学建模一、本文概述随着现代工业的发展，高温作业环境日益普遍，如钢铁冶炼、玻璃制造、火力发电等行业。
在这样的环境中，工人们的身体健康和工作效率直接受到高温的威胁。
设计和开发适用于高温作业环境的专用服装显得尤为重要。
本文旨在探讨高温作业专用服装设计的数学建模方法，以期为优化服装设计、提高工作效能和保障工人安全提供理论支持。
本文将首先介绍高温作业环境的特点及其对工人身体的影响，阐述设计高温作业专用服装的必要性。
随后，我们将深入探讨服装设计的关键因素，如材料选择、服装结构、热传递特性等，并构建相应的数学模型。
这些模型将基于热力学、人体工程学、服装科学等多学科理论，综合考虑材料的热导率、热阻、水蒸气透过性等因素，以及服装与人体之间的热交换过程。
通过数学建模，我们可以预测服装在不同高温环境下的热防护性能，为设计师提供科学的指导。
本文还将讨论如何利用这些模型进行服装设计优化，以提高服装的舒适性和防护效果。
我们期望通过这些研究，为高温作业工人提供更加安全、舒适的工作环境，促进工业生产的可持续发展。
二、高温作业环境分析高温作业环境通常指温度高于人体舒适温度范围（约18°C~24°C）的工作环境。
在这种环境下，人体需要通过出汗等生理机制来维持热平衡，防止体温过高导致热伤害。
对于在高温环境下作业的人员，如炼钢工人、玻璃制造工人、焊工等，他们的工作服不仅要满足基本的防护功能，还需要考虑如何降低热应激、提高穿着舒适性。
热应激是指人体在高温环境下工作时，由于热平衡被破坏，体内热量不能及时散出而产生的生理反应。
过高的温度会使人体感到不适，出现头晕、恶心、心跳加速等症状，严重时可能导致中暑、休克甚至死亡。
在设计高温作业专用服装时，必须考虑如何降低热应激。
服装热阻是指服装对热量传递的阻碍程度。
在高温环境下，服装的热阻过大会导致热量无法及时从人体散出，增加热应激的风险。
数学建模之高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计
摘 要 如何根据环境条件设计相应的服装是专用服装设计面临的主要问题。本文通过建立一 维复合介质热传导方程，对高温作业专用服中各分层间的传热过程进行模拟，确定不同环 境条件下作业服中的温度分布。进而从降低研发成本、缩短研发周期的角度，求解约束条 件下介质层的最优厚度，为实验测试提供参考。 关于问题一 从一般性热传导方程出发，将作业服各分层视为相互接触的平行无限大 平板后，建立一维复合介质热传导方程。使用Crank − N icholson 方法进行求解并拟合附 件 2 给出的实验数据，得到方程中涉及的实验室环境与 I 层、IV 层与假人皮肤之间的对 流换热系数 hI ，hIV 分别为 117.41W /(m2 ·◦ C )、8.36W /(m2 ·◦ C )。进而将 hI 、hIV 与 附件 1 中提供的各分层参数代回原方程，在问题一提供的条件下进行求解，得到作业服各 分层随时间与空间变化的温度分布。 关于问题二 考虑到经济性，II 层最优厚度意为满足约束条件的最小厚度，此时所需 原材料最少。该问题为单变量非线性规划问题，利用问题一中建立的模型，在附件 1 给定 的 II 层厚度范围内进行步长为 2mm 的定步长搜索，在不同厚度取值下求解模型得到假 人皮肤外侧温度随时间的变化。利用约束条件缩小搜索的范围，反复减小步长进行搜索， 最终得到满足约束条件的 II 层最小厚度即最优厚度为 17.6mm，此时皮肤外侧温度超过 44◦ C 的时长为 281s。 关于问题三 II 层与 IV 层的最优厚度应使得研发成本和研发周期最小化。考虑到 IV 层为空隙层，求解过程中我们首先使 II 层厚度最小化，在这一前提下搜索满足约束条件 且使得研发周期最小化的 IV 层厚度。与问题二类似，我们首先使用区域搜索算法初步确 定满足约束条件的 II 层、IV 层厚度取值范围。通过循环遍历找到所有满足条件的两者厚 度组合，根据优化目标求得最终结果，得到 II 层最小厚度与对应的 IV 层最优厚度分别为 19.3mm、6.4mm，此时皮肤外侧温度超过 44◦ C 的时长为 290s。 最后，我们进行了灵敏性分析，发现一维复合介质热传导方程对厚度较为敏感，能够 区分不同分层在实际隔热过程中发挥的不同作用；对环境的对流换热系数 hI 不敏感，保 证了 hI 的拟合求解误差不会对模型的求解结果产生明显影响。 关键词 一维复合介质热传导方程 Crank − N icholson 方法 非线性规划
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计随着工业化的不断进步和发展，高温作业需求不断增加。
在高温环境下，工作人员的身体会受到严重的损害，因此需要使用专门的高温作业服装保护身体。
本文将通过设计高温作业专用服装，探讨如何使工作人员在高温环境下更加舒适和安全。
素材选择高温环境下，工作服必须使用可以防止高温伤害的材料。
在设计高温作业专用服装时，需要选择的素材有：1. 阻燃材料工作人员在高温环境下，可能会遇到火灾等危险。
因此，需要使用阻燃材料制作工作服，避免工作人员出现烧伤的情况。
2. 热保护层在高温环境下，工作服需要使用热保护层来防止身体受伤。
这个层会起到保护身体表面的作用，可以降低身体受到热量的影响，使工作人员在高温环境下更加安全和舒适。
3. 透气材料在高温环境下，工作人员出汗的可能性更大。
因此，工作服需要使用透气材料以保持身体的透气性。
这可以让工作人员在高温环境下更加舒适并避免脱水等情况的发生。
4. 伸缩性工作服必须具有足够的伸缩性，以适应工作人员在高温环境下的各种动作。
这可以避免工作服磨损并且提高工作效率。
色彩选择颜色也是设计高温作业专用服装的一个重要因素。
适当的颜色可以提高工作人员在高温环境下的能量和士气。
在设计高温作业服装时，应选择以下颜色：1. 白色白色可以反射阳光并降低服装受热的可能性。
这种颜色可以保持身体温度并提高工作效率。
2. 黄色黄色是非常明亮的颜色，可以让人集中注意力并提高警觉性。
在高温环境下，这种颜色可以让工作人员看起来更加明显和醒目，避免晕倒等事故的发生。
3. 红色设计细节在设计高温作业专用服装时，需要考虑一些细节问题。
以下是需要特别注意的设计细节：1. 帽子在高温环境下，头部容易受到汗水的刺激。
因此，设计帽子可以避免头部受到汗水刺激。
帽子必须具有足够的透气性和舒适感。
2. 手套手套在高温环境下也非常重要。
选择阻燃材料可以避免手部被烧伤。
手套必须具有一定的透气性，从而避免手部出汗。
3. 增加口袋在高温环境下，工作人员需要随身携带一些必需品，比如水瓶等。
2018年数模国赛A题
2018年高教社杯全国大学生数学建模竞赛题目
（请先阅读“全国大学生数学建模竞赛论文格式规范”）
A题高温作业专用服装设计
在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤。
专用服装通常由三层织物材料构成，记为I、II、III层，其中I层与外界环境接触，III层与皮肤之间还存在空隙，将此空隙记为IV层。
为设计专用服装，将体内温度控制在37ºC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。
为了降低研发成本、缩短研发周期，请你们利用数学模型来确定假人皮肤外侧的温度变化情况，并解决以下问题：
(1)专用服装材料的某些参数值由附件1给出，对环境温度为75ºC、II层厚度为6 mm、IV层厚度为5 mm、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（见附件2）。
建立数学模型，计算温度分布，并生成温度分布的Excel文件（文件名为problem1.xlsx）。
(2) 当环境温度为65ºC、IV层的厚度为5.5 mm时，确定II层的最优厚度，确保工作60分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47ºC，且超过44ºC的时间不超过5分钟。
(3) 当环境温度为80C 时，确定II层和IV层的最优厚度，确保工作30分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47ºC，且超过44ºC的时间不超过5分钟。
附件1. 专用服装材料的参数值
附件2. 假人皮肤外侧的测量温度。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计在高温环境下，人体容易受到热量的侵袭，导致中暑、热衰竭等健康问题。
为了保护工人在高温作业中的安全和健康，设计一种高温作业专用服装是非常必要的。
本文将从材料的选择、结构的优化和功能的设计等方面，探讨高温作业专用服装的设计。
一、材料的选择在高温环境下，材料的选择是设计高温作业专用服装的首要考虑因素。
一般来说，高温作业专用服装需要具备以下特点：抗高温、透气、耐磨、耐洗、防火等。
选择具备这些特点的高温防护材料是非常重要的。
高温作业专用服装的面料可以选择具有较高高温耐受性的材料，如玻璃纤维、亚纶纤维、阻燃化纤等。
这些材料具有较高的熔点和阻燃性能，可以有效阻挡高温对人体的伤害。
透气性是高温作业专用服装的另一个重要特点。
选择透气性好的面料可以提高服装的舒适度，减少湿气和热量在服装内的积聚。
常见的透气性好的面料有涤纶、尼龙等。
耐磨性和耐洗性是高温作业专用服装必备的特点。
在高温环境下，工人可能需要长时间地进行作业，因此服装必须具备较高的耐磨性和耐洗性，以保证服装的使用寿命和清洗的便利性。
耐磨性好的面料有涤纶、尼龙等，耐洗性好的面料有涤纶、棉纤维等。
防火性是高温作业专用服装必不可少的特点。
在高温环境下，防火性能是保护工人安全的关键。
选择具有防火性能的面料，可以有效减少工人在高温作业中的安全风险。
常见的防火材料有阻燃化纤、亚纶纤维等。
二、结构的优化在高温作业专用服装的设计中，结构的优化也非常重要。
合理的设计可以提高服装的舒适度和功能性。
服装的整体结构应该合理，能够覆盖工人的身体大部分部位，以达到全面保护的效果。
选择适合工人体型的设计，合理划分各个部位的服装片段，使得工人在穿着服装时能够有足够的灵活性进行作业。
设计适合高温作业的细节部分，如领口、袖口、裤脚等。
这些细节部分可以采用防火、防热、透气等材料和工艺进行设计，以提高服装在这些部位的防护性能和舒适度。
考虑到高温作业过程中可能出现的汗水和湿气问题，设计适合排汗和调湿的结构也是很重要的。
高温作业专用服装的设计与研究
高温作业专用服装的设计与研究高温作业是指在高温环境下从事工作的情况，这种工作环境对工作者的身体健康和工作效率都有较大的影响。
在高温作业环境下，穿着适当的专用服装是非常重要的。
高温作业专用服装的设计原则：1.透气性：高温环境下，人体会大量出汗，因此专用服装应具有良好的透气性，能够让汗液及时排出，防止汗液在体表滞留导致过热和不舒适。
2.防火性：高温作业场所往往存在着明火和高温设备，专用服装应具有一定的防火性能，防止工作人员受到火灾的伤害。
3.防辐射性：高温环境中，会产生大量的电磁辐射，专用服装应具有一定的防辐射性能，保护工作人员免受辐射损害。
4.轻便舒适性：由于高温环境下工作人员会大量出汗，专用服装应该采用轻便舒适的材料，不给工作人员增加过多的负担，保证工作人员能够自由活动。
5.防腐蚀性：某些高温作业场所还存在着有害气体和腐蚀性物质，专用服装应具有一定的防腐蚀性能，保护工作人员的健康和安全。
高温作业专用服装的材料选择：1.透气性强的纯棉面料：纯棉面料是一种透气性较好的面料，它能够吸收和释放汗液，保持皮肤表面的干燥。
在高温环境下，可以选择透气性强的纯棉面料来制作专用服装。
2.具有防火功能的防火面料：防火面料是一种具有一定防火性能的面料，它能够有效阻止火焰的蔓延并减少烧伤面积。
在高温作业环境下，可以选择具有防火功能的面料来制作专用服装。
3.具有防辐射功能的防辐射面料：防辐射面料是一种具有一定防辐射能力的面料，它能够有效阻隔电磁辐射的影响。
在高温作业环境下，可以选择具有防辐射功能的面料来制作专用服装。
4.轻便舒适的涤纶面料：涤纶面料是一种轻盈柔软的面料，它具有良好的透气性和吸湿性，能够有效地排汗保持身体的干爽。
在高温环境下，可以选择轻便舒适的涤纶面料来制作专用服装。
5.具有防腐蚀功能的特种面料：特种面料是一种具有防腐蚀性能的面料，它能够有效阻隔有害气体和腐蚀性物质对皮肤的伤害。
在高温作业环境下，可以选择具有防腐蚀功能的特种面料来制作专用服装。
高温作业专用服装设计数学建模研究
高温作业专用服装设计数学建模研究
背景介绍：高温作业是一项非常危险的工作，如果工人不能正确穿戴适合的工作服，将会对人体造成严重的伤害。
因此，设计高温作业专用服装显得非常重要，不仅要满足工作人员的保护需求，还需要考虑到人体舒适度以及设计的可行性。
一、问题提出：
如何设计一款适合高温作业的专用服装，该服装需要满足以下要求：
1. 能够有效地保护工作人员免受高温的伤害；
2. 具有透气性和保湿性，能够保持人体舒适度；
3. 风格简洁美观，易于穿戴和穿脱；
4. 服装的设计需要结合人体工学原理，确保工作人员能够自由运动并保持灵活性。
二、建模分析：
为了设计一款适合高温作业的专用服装，我们需要考虑以下建模分析：
1. 材料选取：选择适合高温环境的材料，如防火面料和导热性较小的纤维材料，可以有效地降低高温环境的伤害；
2. 透气性和保湿性：利用纳米技术，设计出可以透气和保湿的
纤维材料，可以实现服装的舒适度；
3. 设计结构：降低热量，可以采用通风设计，通过腋下和背部增加通风孔，可以实现流通；
4. 风格设计：采用简洁的设计风格，精简服装的结构，提高穿戴舒适度；
5. 人体工学原理：针对不同的工作环境和身体部位，选择合适的剪裁和纤维材料，结合人体工学原理，实现灵活性。
三、模型应用：
通过数学模型建立的高温作业专用服装设计方案，可以为服装设计师提供有效的参考，确保服装的质量和安全性。
同时，该模型还可以应用于其他行业的服装设计中，如消防、铁路等行业，为相关行业提供高效而安全的工作服装设计。
高温作业专用服装设计
高温作业专用服装设计作者：蒋俊林来源：《艺术科技》2019年第13期摘要：本文以2018全国大学生数学建模竞赛A题为例，研究高温作业专用服装设计。
高温专用服装通常由三层织物材料构成，记I、II、III层，其中I层与外界环境接触，III层与皮肤之间还存在空隙，将此空隙记为IV层。
本文考虑两种工作情况：一是环境温度65℃、IV层厚度5.5mm时，确定II层最优厚度，确保工作60分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超過44℃时间不超过5分钟。
二是环境温度80℃时，确定II、IV层最优厚度，确保工作30分钟时，假人皮肤外侧温度不超过47℃，且超过44℃时间不超过5分钟。
针对情况一：根据已知条件，用电学类比热学，建立基于电学的热力方程式的防热服外表温度变化模型。
使用基于遗传算法和非线性规划的函数寻优算法，得到II层最优厚度10.7842mm。
针对情况二：采用电热类比的优化模型，通过理论推导和数值实验分析环境温度、工作时间等参数对II层厚度、IV层厚度等状态的影响。
确定环境温度、工作时间和服装固定厚度系统参数，使II、IV层厚度及假人皮肤外侧温度尽量小。
结合约束条件，使用遗传算法进行最优解逼近，求得II、IV层最优厚度分别为13.4739mm、3.7435mm。
关键词：热传递方程;有限差分法;电热类比;遗传算法;非线性规划的函数寻优算法模型假设：（1）外界环境到人体皮肤表面的热传递过程是一维的。
（2）外界环境与防热服外表面之间的热对流和热辐射忽略不计。
（3）空隙层之间的热对流忽略不计。
（4）防热服各层材料间及防热服与皮肤间的温度分布连续且存在梯度。
（5）初始情况下，服装中各层温度为37℃。
（6）空隙层中温度分布处于稳态。
II层最优厚度优化模型：本文中，将防热服两侧初始温度差类比初始电压值，最终温度差类比终止电压值，任意时刻t防热服上温度差比作任意时刻t电容上电压值，防热服各层材料热阻之和比作电容中充电电源电阻，比热容比作电容。
多层高温作业专用服装数学建模分析与设计
厚度(mm)
I
0.6
II
9.03
III
3.6
IV
5.5
范第二题中各材料厚度结果
4问题三：第二、四层最优厚度解
此时环境温度为80覽，题中条件为确保实验3盼钟后，假
人皮肤温度小于等于47乜，超44辽时间不到5分钟。对应条件
为t=1800^, T<=47 t： ； t=15(W, T<=44 七。求H、IV层厚度
即厚度越薄越好，求忑的最小值。由上分析，得约束规划^型:
minz = x2
•四个热传递方程式(1)
人体热传递方程式(2)
sZ- / = 0时,丁 = 37
(4)
r = 3600时,7* V 47
2 3300时,44
利用隐式向后Euler法，对?^2进行穷举，求解得到第二层最
优厚度为禺=9.03 mm。 材料层
皿,0）虫（七
设
考虑到实际情况，本文中只考虑热传递，
（2 ）最小二乘法求解皮喩觥模型
不考虑辐驷沁
中参数。式（2）为假人的皮肤热传递模
计
2.1四层隔热层模型
型，模型中系数参数值与真人对应的参数
（1）偏微分方程模型。三层高温防护 值不同，现利用题目中给出的测量值，使
服共有4层结构，分别为三层隔热材料和假 用最小二乘法⑷建立模型，求解该三个参
Q. 37
0. 6-25
III區
74.2
1726
0-045
3.6
析 与
46周 克 元
IV A
1.18
1005
0. 028
0. 6-6. 4
表1三层材棘奔间隙的相关参数
2问题一：温度分布的数学建模与求解
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高温作业专用服装设计
作者：王福来李翔王梓同
来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第14期
【摘 ;要】热防护服是对在高温或超高温条件下工作人员的安全保护，其原理是降低热转移速度，使外界的高热缓慢而少量转移至皮肤。
本文基于一定外界温度下，对经过热防护服传热到假人皮肤外侧的热传导模型进行研究。
整个热传导过程分为热防护服中的热传递和空气层的热传递两个阶段。
在热防护服热传递中，从外至内依次是外壳层、防水层、隔热层。
根据能量守恒和热辐射量的满足条件得到三层热防服的非线性变系数的抛物型偏微分方程热传递模型，利用正问题的数值分析方法对模型进
行整理和总结，有限差分法求解非线性抛物型方程;对于空气层，根据数据可以利用MATLAB 软件进行四阶拟合，得到假人皮肤外侧的温度与时间的拟合关系。
在以上建立的热传导模型基础上，将环境温度变换为65 ，通过建立初值、左边界和右边界条件，得到约束条件，再运用MATLAB得到防水层的最优厚度。
同样在第一个建立的热传导模型基础上，将温度变为80 ，建立初值、左边界和右边界条件，得到约束条件，再运用MATLAB得到防水层的厚度与隔热层的厚度。
【关键词】热传导;偏微分方程;温度三维分布图
一、模型的建立与求解
2.1模型的建立与求解
参考文献：
[1]G.W.Song.Modeling thermal protection outfits for fire exposures[J]，Dissertation Abstracts International，Volume：64-10，Section;B，page：5196;Co-Chairs：Roger L，Bar，2002.
[2]俞呂明，热传导及数值分析[M]，清华大学出版社，1981.
[3]宋来忠，王志明.数学建模与实验.北京：科学出版社，2005.
[4]胡守信，李柏年.基于Matlab的数学实验[M]，北京：科学出版社，2004年第1版。