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如何使用分層差分方程進行熱防護服熱量分布規律的模擬

2474220 2019-01-15 | rar | 2.27 MB | 次下載 | 免費

資料介紹

　　為研究耐熱服裝在高溫環境中的熱量分布情況，降低在高溫環境工作下耐熱服裝的制作成本，且縮短其研發周期，本文首先建立對于不同材質層的“高溫作業防護服–空氣–皮膚”熱傳導方程來研究不同層的熱量分布情況，其中熱傳導方程中熱擴散率依據介質材料的參數值而定。我們利用兩種方法來解決偏微分方程的邊界條件問題。在方法一中引入熱阻的概念，根據數值分析中求解偏微分方程的Crank-Nicolson隱式格式，即可求出不同材質層中溫度–空間–時間的相關結果。在模型二中，考慮將四種不同材質層視為一個整體，分別對四種不同材質層中熱傳導方程運用古典顯式差分法迭代進行求解偏微分方程數值解。結果表明我們的方法是可行的。

　　隨著我國工業生產的繁榮發展，消防、化工、冶金等行業的高溫作業問題也日趨嚴峻，長期在高溫和強烈的輻射環境下工作有許多潛在的安全隱患，如熱中暑、燒傷和灼傷等危害直接影響著人體的健康安全。高溫工作防護服裝作為人體與高溫環境之間的一層屏障，具有一定程度的隔熱和避免灼燒傷功能，是高溫作業環境中一項重要的防護措施。它的防護原理是降低熱轉移速度，讓外界高溫度的熱量緩慢而少量的轉移至皮膚。在現今的熱防護服的研究領域中，亟待解決的問題是：增強熱防護性能與減少人體新陳代謝熱負荷總是相互矛盾的。基于高溫工作防護服裝的重要性以及其研究現狀，本文通過建立分層熱傳導方程以及求解其溫度–空間–時間分布來分析高溫環境下熱防護服的不同材質層中的溫度變化規律，以輔助于高溫工作防護服裝的設計問題。模型測試結果顯示，與外界相接觸的材質層的降溫幅度最小，與皮膚相接觸的空氣層的降溫幅度最大。