热防护服装热传递数学建模及参数决定反问题-潘斌.docx
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1、浙江理工大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果,也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名: 签字日期 年;月 / D 曰 _國 |丨 1 丨丨 | Y3194781 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 浙江理工大学 有权保留并向国 家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被 查阅和借阅。本人授权 浙江理
2、工大学 可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书 ) 学位论文作者签名: 签字日期:年)月 日 导师签名: 签字日期: 摘要 运用数学或科学的方法研究热防护服装,旨在揭示热防护织物内部的热传递规律,为 热防护服装的研发提供科学参考 .热防护服装是应用最广泛的特种防护服装,目前关于更 多热防护服装的设计集中在热防护性能测定、建立热防护服装内部传热模型、发展测定热 防护性能的试验方法和实验装置和热防护服装舒适性评价等 .合理地评价热防护服装的热 防护性能对减少工作人员皮肤损伤具有重要
3、意义 .本文主要是对单层热防护服装热传递模 型进行介绍,此外,我们通过对空气层和皮肤层的热传递数学模型及烧伤 评价模型等的研 究,结合烧伤准则提出了相关反问题 . 主要内容如下: 第一章,介绍了热防护服装的研宄背景和意义、国内外的研究现状,并且对本文主要内 容和创新点进行了简要描述 . 第二章,介绍了热防护服装的热传递模型建立过程,研究了热防护织物在高温条件下 热传导和热辐射传热机制的作用,引入了用实验法确定的织物 Nomex 的热传导系数、单位 体积热容量系数随温度变化的经验公式,分析了织物与热源之间的热交换边界条件,最终 确立了热防护织物的热传递模型,并且给出了数值分析和计算,通过数值结果
4、和己有实验 论证的模型作比较,证明了提出模型的合理性 . 第三章,在前面提出的热防护服装的热传递数学模型的基础上,结合空气层模型和皮 肤模型,构成 热防护服装 -空气 -皮肤 完整的系统 .这部分完整的给出了织物和皮肤之间 空气层的模型以及表皮、真皮、皮下组织的热传递数学模型,并且对整个系统进行了数值 离散,给出了正问题的计算结果 . 第四章,对于热防护服装而言,设计反问题的目标就是在尽量减少甚至不产生热损伤 的情况下,决定系统的相关参数 .基于第三章 热防护服装 -空气层 -环境 系统正问题模 型的分析,我们将目标点设在基底层 (表皮 和真皮的接触面 ), 以保证基底层未达到二级烧伤 为目标
5、,我们给出了热防护服设计反问题的一种合理提法,并数值求解了相应的反问题 . 第五章,介绍了在反演一类抛物型方程初始值的过程中,我们为了求解极小化泛函,结 合伴随变分引入一种变形 TV 正则化的方法 .文中对极小目标泛函的存在唯一性和稳定性 进行了理论证明和分析,并通过具体算例说明了方法的有效性 “ 第六章,我们对本文的创新点等进行了总结,并提出一些可继续研究的方向 . 关键词:热传递模型;安全性;设计反问题 ;热防护服 ;变形 TV 正则化 Abstract The design of the thermal protective clothing aims to get insight la
6、w of thermodynam-ics within textiles by mathematical methods, which could provide theoretical support. The thermal protective clothing is widely-used functional clothing. At present, the research of thermal protective clothing design focuses on thermal protective performance measurement, mathematica
7、l modeling of heat transfer within thermal protective clothing, and the devel-opment of method and device about testing the thermal protective performance, evaluation of the thermal protective clothing performance and so on. It is important to give reasonable evaluation of the thermal protective per
8、formance, which could reduce the thermal damage on the skin. In this article, we mainly talk about the heat transfer model about single layer of fabric. Moreover, after studying the heat transfer model of air gap and skin, we present the corresponding inverse problems according to thermal injury cri
9、terion. The main contents are concluded as follows: In chapter 1, we introduce the background and significance of studying thermal protective clothing. The results of previous research and the content of this paper are briefly described. In chapter 2, we introduce the process of mathematical modelin
10、g of heat transfer with-in thermal protective clothing, we analysis the heat conduction and radiation mechanism of thermal protective clothing. The thermal conductivity and the specific heat of Nomex are changing with temperature? according to these, empirical equations for describing the change are
11、 deduced, we also analysis the boundary conditions between the fabric and heat source. Based on the analysis above, we present the heat transfer model of thermal protective clothing. Numerical simulation and calculation are given, the results have compared with certificated model proposed by Torvi,
12、which show the effectiveness of the proposed model. In chapter 3, considering the mathematical modeling of heat transfer within thermal protective clothing3 we combine it with air gap and the skin?s heat transfer model, forming a complete uThermal protective clothing - Air ga,p- Skin“ system. The ef
13、fect of the air gap model between thermal protective clothing and the skin in heat transfer is studied numerically. Moreover, mathematical modeling of heat transfer within epidermis, dermis and subcutaneous tissue are also analyzed. At last, we give an initial numerical result, of the heat transfer
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- 关 键 词:
- 防护 服装 传递 数学 建模 参数 决定 问题
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