空氣層對(duì)織物熱傳遞影響的模擬分析

服裝舒適性的研究一直都是焦點(diǎn),其中熱傳遞是影響紡織品舒適性的重要性能之一,然而在人體與服裝之間、服裝與服裝之間存在著空氣,由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于織物的導(dǎo)熱系數(shù),所以空氣層對(duì)人體向外界傳遞熱量有著非常重要的影響.很多學(xué)者在空氣層對(duì)熱傳遞的影響方面做了大量工作.早在１９９９年 Torvid等[１]利用小尺度臺(tái)式測(cè)試,不考慮輻射傳熱的影響,建立了面料與傳感器之間空氣層的一維熱傳遞.Talukdar等[２]利用計(jì)算流體力學(xué)軟件 將 空 氣 層 的 模 擬 傳 熱 推 廣 到 多 維.Ghazy等[３]建立面料與空氣層的多層組合模型.孫玉釵等[４]通過(guò)有限元方法建立紡織品熱傳遞理論模型,模擬得出織物每增加１層、空氣層每增加１mm,織物的熱損失減少４０％左右.環(huán)境溫度越低,熱損失越多.常生等[５]分析不同厚度和面積的空氣層與織物的復(fù)合熱阻,得出織物與空氣層的復(fù)合熱阻會(huì)隨著空氣層的面積和厚度的增大而增大,并且呈線性關(guān)系.李利君等[６]得出增加３mm 的空氣層,多層織物系統(tǒng)的總熱阻值增加１０％左右.段杏元等[７]使用站立式暖汗出汗假人分別對(duì)男士發(fā)熱內(nèi)衣及純棉內(nèi)衣的熱阻與濕阻進(jìn)行了測(cè)量,分別建立了２種內(nèi)衣的空氣體積與熱阻和濕阻之間的多項(xiàng)回歸模型,得出２種內(nèi)衣的熱阻與濕阻均隨空氣層厚度的增加而增大到大值,而后再逐漸減小.在消防服上 Fu等[８]得出在服裝多層系統(tǒng)中不同位置、不同厚度的空氣層對(duì)服裝的熱防護(hù)性能有不同程度影響.王云儀等[９]通過(guò)燃燒假人的三維掃描確定衣下空氣層的分布狀況,結(jié)果顯示,在肩部、前胸、大腿和膝蓋等部位的空氣層較小,在腰、后膝和小腿的空氣層相對(duì)較大.
本文將用有限元軟件對(duì)織物與空氣層的組合方式以及不同空氣層厚度下的織物模型進(jìn)行傳熱模擬,探索表面瞬態(tài)溫度變化的規(guī)律,從而為隔熱服裝的設(shè)計(jì)以及不同服裝的保暖組合方式提供指導(dǎo).

一、理論研究
在不考慮濕傳遞的情況下,熱量傳遞方式有:傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射３種.在由人體皮膚－面料－環(huán)境構(gòu)成的服裝系統(tǒng)中,皮膚與內(nèi)層織物、外層織物與環(huán)境間的溫差很小,并且織物內(nèi)部紗線與紗線交織形成的孔隙相對(duì)較小,在正常情況下,熱傳導(dǎo)的傳熱效果遠(yuǎn)大于對(duì)流和輻射對(duì)傳熱的貢獻(xiàn),因此實(shí)際中一般不考慮輻射的影響,只考慮導(dǎo)熱及對(duì)流換熱.