(8.3.1)--8.34高温作业服装设计优化问题.pdf

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1、高温作业服装优化设计一、问题描述在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤，在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤，专用服装由三层织物材料构成，记为专用服装由三层织物材料构成，记为I、II、III层，层，其中第其中第I层与层与外界环境接触，外界环境接触，III层与皮肤之间存在空隙，将此空隙记为层与皮肤之间存在空隙，将此空隙记为IV层层.专用专用服装材料的参数值服装材料的参数值分层分层密度密度(kg/m3)比热比热(J/(kg C)热传导率热传导率(W/(m C)厚度厚度(mm)I层层30013770.0820.6II层层86221000.370.6-25III层层74.21

2、7260.0453.6IV层层1.1810050.0280.6-6.4固定固定不定，优化不定，优化一、问题描述确定最优的织物厚度确定最优的织物厚度目标：II）外界温度外界温度I层厚度层厚度II层厚度层厚度IV层厚度层厚度皮肤外侧温度皮肤外侧温度工作时间工作时间750.6mm6mm5mm见附件90分钟建立模型，计算温度分布。建立模型，计算温度分布。I）外界温度外界温度I层厚度层厚度II层厚度层厚度IV层厚度层厚度皮肤外侧温度皮肤外侧温度工作时间工作时间650.6mm？5.5mm4460分钟5分钟二、模型分析 0 xxL初始初始温度温度(,0)PT xT外部温度外部温度enT1d2d3d4dPT人

3、体温度人体温度边界边界温度温度(0,)Tt边界边界温度温度(,)T L t二、模型分析流体与固体表面之间的对流换热的热流与它们的温度差成正比流体与固体表面之间的对流换热的热流与它们的温度差成正比 Tqx热流密度热流密度:单位时间、单位面积上所传递的单位时间、单位面积上所传递的热量热量,正比于该方向正比于该方向的温度变化率的温度变化率导热系数导热系数温度梯度温度梯度热流热流 qh T温度差温度差二、模型分析101|(0,)xenTh TTtx22|(,)x LPTh T L tTx1d4d外部温度外部温度(0,)Tt(,)T L tPTenT人体温度人体温度2d3d(,0)PT xT(,)(,)

4、iiT xtT xtixx12(,)(,)iiT xtT xtxx1,2,3i三、模型建立及离散化热传导方程：热传导方程：22(,)(,),1,2,3,4jjjT x tTx tcjtx101|(0,)xenTh TTtx22|(,)x LPTh T L tTx(,)(,)iiT xtT xt12(,)(,)iiT xtT xtxx1,2,3i左右边界条件：左右边界条件：中间中间边界条件：边界条件：初始条件：初始条件：(,0)PT xT三、模型建立及离散化(,)(,)22mnmnixtxtiiTTtcx 1nnmmTTt1x2xtx1ixix1ix2ix1NxNx1t0t2t0 xmnnmT1

5、122nnnmmmTTTkiiic 11122nnnnnmmimmmiiTTTTTtck ()11122nnnnnimmmmmiitTTTTTc k 111nnnnmmmmaTbTcTT(,)nmmnTT xt1x2xtx1ixix1ix2ix1NxNx1t0t2t0 xmnnmT111nnnnmmmmaTbTcTT三、模型建立及离散化,11mn11100121aTbTcTT,21mn11101232aTbTcTT,11min1110211iiiiaTbTcTT,11min1110121iiiiaTbTcTT,11mNn1110211NNNNaTbTcTT2N个方程个方程1N个个变量变量初始初

6、始温度温度(,)0PT xT1x2xtx1ixix1ix2ix1NxNx1t0t2t0 xmnnmT三、模型建立及离散化11110110()enTTh TTk1111122()NNNPTTh TTk101|(0,)xenTh TTtx22|(,)x LPTh T L tTx12(,)(,)iiT xtT xtxx11111112iiiiTTTTkk11100121aTbTcTT11101232aTbTcTT1110121iiiiaTbTcTT1110211NNNNaTbTcTT四、数值求解11100121aTbTcTT11101232aTbTcTT1110121iiiiaTbTcTT11102

7、11NNNNaTbTcTT11110110()enTTh TTk1111122()NNNPTTh TTk11111112iiiiTTTTkkI层厚度层厚度II层厚度层厚度IV层厚度层厚度750.6mm6mm5mmI）工作时间工作时间见附件90分钟enT*NT37PT对流换热系数未知，需要根据来确定12,h hNT给一组，则可以得到12,h h(,)1111012NT T TT(,)2222012NTTTT(,)012MMMMNTTTT*2121(,)min()MjjNNjF h hTT四、数值求解2212113 w/(mk),=8.344 w/(mk)hh四、数值求解II）I层厚度层厚度II层

8、厚度层厚度IV层厚度层厚度650.6mm？5.5mm确定，则给II层厚度,可以得到温度分布12,h h2dmin2d260minmax(,)47otT L t d20.6,25dmm2min|(,)44 5ot T L t d工作时间工作时间4460分钟5分钟11100121aTbTcTT11101232aTbTcTT1110121iiiiaTbTcTT1110211NNNNaTbTcTT11110110()enTTh TTk1111122()NNNPTTh TTk11111112iiiiTTTTkkjNTenT四、数值求解II）min2d260minmax(,)47otT L t d20.6,25dmm2min|(,)44 5ot T L t d2(,60min,)=47oT Ld2(,55min,)=44oT Ld1D2d2D2d计算临界值四、数值求解当变化很大时，其最右侧的2d温度变化较小。这表明第二层对温度影响很小。这样若要优化该问题，则只能从第IV层进行讨论。谢谢倾听！谢谢倾听！本视频课程中的部分图片、视频引自有关图书、网络，特向这些图片、视频的制作者和有关图书的出版者和相关网络表示感谢；因多种原因，事先未与作者和出版社取得联系，特向他们表示歉意。