针对高温环境的作业服设计探讨.pdf

简介：
本文档深入分析了在高温环境下工作时所需作业服的设计需求与挑战，并提出创新解决方案以提升工人舒适度及安全性。 在高温环境下工作的人员面临身体灼伤的风险，因此必须穿着专门设计的防护服以确保安全。本段落探讨了高温作业专用防护服的设计问题，涉及材料学、热传导理论、数学建模以及优化算法等多个领域的知识。 研究明确了高温作业专用服装的基本构成，包括与外界环境接触的第一层、中间的第二层和第三层以及与人体皮肤之间存在空隙的第四层。这四层结构在设计上需考虑到热传导、对流和辐射三种基本的热传递方式。由于外界环境温度相对较低且非流体状态，研究重点放在了热传导的分析上。 建立数学模型时，论文作者采用了一系列物理定律和数学工具。能量守恒定律是研究热量传递的基础，说明在一个封闭系统内，能量既不会被创造也不会被销毁，只会从一种形式转变成另一种形式。傅里叶定律描述了热传导现象，指出热流量与材料的温度梯度和热导率成正比。此外，热传导公式用于模拟热量在防护服各层中的流动情况。 为了分析和求解热传导模型，最小二乘法被用来拟合第IV层材料最内部与真实皮肤外侧温度之间的函数关系。这一关系是链接传热模型与皮肤温度的桥梁，是处理后续问题优化的关键。 模型假设包括服装材质均匀、仅考虑导热方式、热量只在垂直方向传递、第一层外侧温度与环境温度相等以及热量在材料内部传递而不耗散。这些假设简化了实际的复杂情况，使其更便于通过数学建模来分析。 研究者在给定的工作服结构参数下建立了差分模型以模拟90分钟内的温度分布（问题一）。在特定环境温度和工作时长约束条件下求解第二层材料最优厚度的问题二。同时优化第二层和第四层材料的厚度，达到更好的隔热效果则是第三个问题的核心。 研究关键词还包括差分法和非线性规划。差分法是一种数值分析技术，用于近似解决微分方程。它将连续的空间和时间域离散化，将微分方程转化为代数方程。非线性规划是优化理论的一个分支，涉及在非线性约束条件下寻找最优解的问题。 通过对高温作业专用服装的数学建模，研究者能够利用计算机软件（如MATLAB）进行模拟和计算，以最优化材料使用达到既安全又经济的设计效果。这些工作不仅对高温环境下工作的人员具有重要的保护意义，也为相关领域提供了宝贵的理论和实践指导。