高温作业专用服装设计：基于非稳态导热的模型分析

"问题一模型的建立-jira 8.0 管理手册" 这篇文档主要探讨了在高温作业环境中，如何通过建立数学模型来设计适用于这类环境的专用服装，以确保工人的安全和舒适性。文章的核心是建立一个基于非稳态导热的热传递模型，用于分析和优化高温作业专用服装的设计。 首先，作者提出了一个四层介质的热传递模型，其中包括环境、防护服、空气层和人体。这个模型假设热源以热传导的方式在各层间传递，并且简化每层为各向同性的长方体结构。这导致了四个一维热传导的偏微分方程组的建立。基于Fourier热传导定律，结合初始时刻的温度分布和边界条件，作者设定了定解条件。 为了解决这些偏微分方程，采用了有限差分方法中的后向欧拉法。这种方法可以近似求解温度场在不同时间点的空间分布。在实际应用中，通过模拟假人在高温环境下的状态，发现在特定时间内，假人皮肤外侧温度达到并保持在一个稳定的水平，与内置低温热源达到动态平衡。 对于问题一，作者重点分析了空气层与皮肤外侧边界的热交换系数，这是通过观察假人皮肤温度随时间变化来确定的。此外，还讨论了如何通过调整防护服中各层的厚度，特别是第二层介质的厚度，来优化热交换效果和人体舒适度。 对于问题二，作者指出第二层介质的最优厚度需要兼顾经济性和行动便利性。利用黄金分割法在给定的参数范围内寻找最小的第二层介质厚度，同时满足温度约束条件。结果表明，当第二层介质厚度为15.7mm时，可以达到理想的温度平衡，并且在特定工作时间内，皮肤外侧温度保持在安全范围内。 最后，问题三扩展到寻找最佳的第二层和第四层介质的厚度组合。通过在二维平面上搜索所有可能的厚度组合，找出满足问题三约束条件的83个点。这一部分强调了在保证作业效率的前提下，优化服装体积和重量的重要性，因为这直接影响到高温环境下作业者的行动能力和工作效率。 总结来说，该文档提供了一个详细的过程，展示了如何利用数学建模和数值分析方法，来设计适应高温作业环境的专用服装。这种方法不仅可以优化热传递特性，还可以考虑到服装的实用性和工人的舒适度，是解决此类问题的一个实用策略。