高温防护服数据预处理与温度变化建模

数据预处理-色调映射（Tone Mapping）在高温作业专用服装设计中的应用 在高温环境下工作的人员依赖于有效的热防护服来确保安全。本文主要关注数据预处理在理解多层热防护织物内部传热规律中的关键作用。首先，从附录2提供的5400条假人皮肤外侧温度数据出发，数据预处理是必不可少的步骤。这包括剔除脏数据和冗余信息，保留测量时间和温度变化的有价值部分，具体表现为从1到1701秒的数据用于分析温度变化的起始阶段。 预处理后的数据（1700例）用于探究温度变化规律。由于假人皮肤外侧温度在高温环境中达到稳定后不再显著变化，数据处理主要聚焦于变化阶段，通过傅里叶定律描述的导热速率，模拟了热能传递的过程，类似于电磁波的辐射和介质中的传输。温度分布被视为一个二维函数，受到时间和热源位置的影响，但由于解析解难以获取，采用离散化方法，每秒作为一个时间单位，分析温度变化与位置的关系，从而简化问题。 对于热传递模型，研究者将各层导热过程简化为平板内的非稳态导热问题，当平板边界具备良好的绝热条件时，可以转化为一维传热问题。通过逆向分析热量流动，从第IV层开始（与外界环境接触），逐步推导出各层温度与外部环境温度的关系，引入能温转换系数，建立了假人皮肤外侧温度变化与外部温度的定量关系。 针对不同问题，例如在单位时间内的温度分布、一小时内系统的温度变化以及半小时内的优化设计，分别采用了不同的策略。对于第一类问题，通过最小二乘法求解温度分布的平差，得到了各层的温度分布；第二类问题中，运用规划理论，结合时间限制和温度阈值，优化了第II层的厚度设计；第三类问题则在半小时内增加更多约束条件，进一步优化第II和IV层的厚度，并通过离散分析手段确定了相关设计参数。 数据预处理在高温防护服设计中的作用不仅仅是清洗和筛选数据，更是为了揭示其内部温度变化的规律，通过数学建模和数值分析技术，为实现更高效、舒适的防护提供了科学依据。这样的研究不仅提升了服装设计的精确性，也对保障高温工作者的健康和安全具有重要意义。