高温作业服装设计：非稳态导热下热传导与厚度优化

"该文档主要探讨了基于非稳态导热理论的高温作业专用服装设计，针对在极端高温环境下的工人的热舒适度进行了深入研究。设计的核心目标是通过优化服装内部结构，如纺织层和空隙厚度，来控制人体皮肤表面的温度，确保工人能在安全的温度范围内工作。 首先，作者采用了一种模拟方法，使用恒温假人穿着服装，通过分析热传导模型，建立了四个一维热传导的偏微分方程组，运用Fourier定律和边界条件来描述热量在服装内部各层之间的传递过程。利用后向欧拉法，研究人员能够计算出温度随时间在不同介质层的分布，观察到在一定时间内，温度达到动态平衡，皮肤外侧温度稳定在48℃。 针对第二部分的设计优化，作者关注了经济成本和行动便利性，特别关注Ⅱ层介质的厚度d2。通过黄金分割法在给定参数范围内搜索，找到最小的d2值，即15.7mm，使得在满足特定工作时间和温度限制下，能保持皮肤温度在44.05℃左右，同时减少温度波动。 第三部分，进一步引入变量d4，对厚度组合进行优化。设计者考虑了工作服的体积和质量对操作员的便携性和舒适度的影响，通过多目标优化，确定了最佳的厚度组合为Ⅱ层16.8mm和Ⅳ层6.4mm。这个选择确保了在保证工作效率的前提下，最大程度地提高了穿着者的舒适性。 这份文档提供了深入理解高温作业服装设计的关键原理和方法，包括如何通过数学模型预测温度变化，以及如何通过优化设计参数来达到既保障安全又提升舒适度的目的。对于那些从事高温环境工作的设计师和工程师来说，这是一份宝贵的参考资料，也适用于相关课程的考试复习和历年真题学习。"