两类功能性服装热湿传递数学建模及参数决定反问题

雩风三日

两类功能性服装热湿传递数学建模及参数决定反问题

    功能性服装的设计主要是根据对服装保暖、安全、防辐射以及抗压能力等要求，基于织物内部热湿传递的物理学规律，建立合理的数学模型，来优化服装的参数，达到功能性要求.本文首先研究了高温高湿环境下防火服的热湿传递模型，并结合人体烧伤模型，预测了人体皮肤达到各级烧伤的时间.在正问题模型基础上，提出最优决定防火服材料参数的反问题，构造对应反问题的目标泛函并数值求解.此外，以服装的保暖透湿性最佳为目的，利用透湿指数，研究了低温条件下三层纺织材料厚度和孔隙率决定反问题，构造了相应的目标泛函并求解.

    本文主要由以下几部分组成:

    第一章，介绍了功能性服装的研究背景和意义、国内外研究现状，并简要概述了本文的研究内容和研究成果，

    第二章，高温高湿环境下，考虑外界消防水对防火服热传递的影响，在已有热传递模型的基础上，加入湿传递方程，建立了防火服一空气层一人体皮肤系统内改进的热湿传递数学模型.给出系统中相应层与层之间合理的初边值条件，采用有限差分法求解该模型，得

到防火服各层织物内温度和水蒸气浓度的分布图.然后，将热湿传递模型与Henrique。皮肤烧伤模型相结合，通过计算烧伤积分值，预测了人体皮肤达到各级烧伤的时间.数值模拟结果表明，一定量的湿传递能够有效减缓服装和人体皮肤内温度上升的速度，延缓皮肤各

级烧伤发生的时间.最后，基于防火服正问题模型和皮肤烧伤模型，在保证人体皮肤不发生烧伤的前提下，以最大限度延长消防员在高温高湿环境中的工作时间为目标，提出防火服材料厚度和孔隙率决定反问题，建立相应的优化模型，并数值求解.

    第三章，低温条件下，对己有的三层纺织材料热湿传递数学模型进行改进，将原来的第一类边界条件改为第三类边界条件.采用有限差分方法对改进的模型进行离散并数值求解，分析了差分格式解的存在唯一性然后，在正问题的基础上，以服装的保暖透湿性最佳为目标，根据透湿指数，提出三层纺织材料厚度和孔隙率决定反问题，给出最优目标泛函表达式，并采用遗传算法求解.

第四章，总结本文的主要研究内容和创新点，指出下一步研究的方向.

关键词:热湿传递数学模型;功能性服装;反问题;皮肤烧伤模型;遗传算法:透湿指数