根据衣下空气层厚度得出服装表面温湿度的预测方法技术

本发明专利技术涉及一种根据衣下空气层厚度得出服装表面温湿度的预测方法，包括由衣下空气层、面料层和边界空气层组成的服装系统，所述的预测方法分别建立了从皮肤表面通过衣下空气层、面料层、边界空气层的热湿传递方程，并根据稳态条件下的热湿平衡理论求解服装表面的温度及含湿量。本发明专利技术的预测方法可以得出衣下空气层由传导向自然对流转变的临界厚度，分析衣下空气层厚度对通过服装系统的热湿传递性能的影响，适用于预测不同服装宽松量下的着装人体衣表温湿度分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属人体-服装-环境系统的热湿传递机理研究
，特别涉及一种根 据衣下空气层厚度得出人体向外环境传递的热量和水蒸汽，从而预测服装表面的温度和含 湿量的预测方法。
技术介绍
位于人体皮肤与服装内表面之间的衣下空气层与人体皮肤直接接触，对人体的热 湿舒适感觉产生直接影响。静止空气的导热率远小于普通的纺织纤维，因此空气层越厚，热 量越不易从人体散失。但当空气层达到一定厚度时，衣下空间将出现自然对流，反而增加了 从人体向外环境的散热量。可见，随着衣下空气层厚度的变化，通过衣下空间的传热机制亦 发生变化。由于服装表面温湿度难以实际测量，建立皮肤_衣下空气层_面料_环境间热质 传递的数学模型，可根据衣下空气层厚度预测服装表面温湿度，指导服装放松量的设计，分 析服装合体性与服装热湿舒适性能之间的关系。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种根据衣下空气层厚度预测着装人体的衣 表温度及湿度分布的预测方法，适用于预测不同服装宽松量下的着装人体衣表温湿度分布。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种根据衣下空气层厚度得 出服装表面温湿度的预测方法，包括由衣下空气层、面料层和边界空气层组成的服装系统， 根据在稳态条件下通过这三个部分的热流量和质流量相等，分别建立三部分的热湿传递模 型，从得出服装表面的温度及含湿量，包括下列步骤(1)建立衣下空气层的热湿传递模型衣下空气层指位于人体皮肤外侧与相邻织 物内表面之间的衣下内陷空气，通过衣下空气层的热流量包括衣下空气层的传导/对流、 皮肤与服装内表面之间的辐射换热、水汽通过衣下空气层时的蒸发潜热；(2)建立面料层的热湿传递模型从面料内表面向外表面传递的热流和质流主要 受面料本身固有热阻和湿阻的影响，由已知面料的热阻，求得通过面料的显热量；由已知面 料的湿阻，求得通过面料的潜热量；(3)建立边界空气层的热湿传递模型服装外表面与环境间的热湿传递为热量和 水蒸汽通过边界空气层进行传递，包括服装外表面向环境的自然对流传热、服装外表面与 环境间的辐射换热、服装外表面向环境的自然对流传质；面料外表面与环境间的换热量为 以上三部分的总和；(4)根据上述(1)、(2)和(3)所述的模型，建立服装系统热湿平衡方程，即通过衣 下空气层、面料层和边界空气层的质流量和热流量分别相等，得到六个参数通过服装系统 的热流量；质流量；服装内表面温度；服装内表面含湿量；服装外表面温度；服装外表面含5湿量。 所述的步骤⑴中的衣下空气层是否出现自然对流取决于瑞利数Ra即Rayleigh， 当Ra小于临界值1700时可按导热处理，否则将出现自然对流；通过衣下空气层的自然对流 换热量可表示为对流传热系数hm。与两表面温度差即皮肤与面料内表面的乘积 _1] Uhmc(Ts-Tin)其中，qfflC,cov为通过衣下空间的对流传热量W/m2 ；hfflC为对流传热系数W/ (m2 ·Κ) ;TS 和Tin分别为皮肤和面料内表面(靠近皮肽的一侧)的温度K ；皮肤与面料内表面之间的辐射换热用来模拟人体着装时，内层服装通过衣下空气 层与人体皮肤间的辐射换热情况 其中，qm。,rad*通过衣下空间的辐射换热量W/m2;0为斯蒂芬-波尔兹曼常数 5. 67 X IO-8W/(m2 · K4) ;es是人体皮肤的发射率；ef是面料的发射率；若衣下空气层相对静止即没有出现自然对流，通过衣下空气层的热流量除了导热 和辐射外，还以水蒸汽分子扩散的方式传递，水蒸汽的扩散传质遵循Fick扩散定律 其中，Jfflc为水蒸汽的质流量kg/(m2 · s) ； P为湿空气的密度kg/m3 ；w为水蒸汽的 质量百分数kg (水蒸汽)/kg (湿空气)；Dvap为水蒸汽的扩散系数m2/s ；当衣下空气层达到一定厚度并开始出现自然对流传热时，水蒸汽的传递方式从分 子扩散向对流传质演变；则自然对流传质可表示为jmc = hemc (Ws-Win)其中，hem。为通过衣下空气层的对流传质系数kg/(m2 · s) 和Win分别为皮肤和 面料内表面的水蒸汽质量百分数kg(水蒸汽)/kg(湿空气)；通过衣下空气层的总热流量为传导/对流、辐射、水汽传质潜热三个部分的总和， 即 其中，qfflC为通过衣下空气层的总热流量W/m2 ； λ为水的蒸发热J/kg，35°C时汗水 的汽化潜热为2. 419 X 106J/kgo所述的步骤(2)中的通过面料层的显热量为qf, =^HLRf其中，qf,t为通过面料层的显热量W/m2 ;Rf为面料的热阻(m2 · K)/W ；Tout为面料外 表面即靠近环境的一侧的温度K ；通过面料层的潜热量可表示为6 其中，qf,e为通过面料层的潜热量W/m2 ；pin为面料内表面的水汽分压力Pa ；Pout为 面料外表面的水汽分压力Pa ;Re为面料的湿阻(m2 · Pa)/W ；水蒸汽分压力可用水蒸汽质量百分数表示，水蒸汽的质量百分数w与水蒸汽分压 力Pq之间有如下关系 其中，Pq是湿空气中的水蒸汽分压力Pa ；P是大气压力，标准状态下为101325Pa ； 则 通过面料层的水蒸汽传质量可表示为 通过面料层的总热流量为显热量与潜热量之和 其中，qf为通过面料层的总热流量W/m2 ;w。ut为面料外表面的水蒸汽质量百分数 1^(水蒸汽)/1^(湿空气)。所述的步骤(3)中的面料外表面与环境间的辐射换热可根据斯蒂芬-波尔兹曼定 律表示为qa,rad =C^ef (T0J-Ta4)其中，qa,rad为面料外表面与环境间的辐射换热量W/m2 ;Ta为环境气温K ；服装外表面与环境间的自然对流换热强度努谢尔特数Nu可按下式计算仇J=( ⑷卜敲厂^]1,3κ Rac L k^ _其中，Ra。的值为1000，从方程21的左右两边消去1，从而得到对流传热系数ha kafZAHTL ^ .面料外表面与环境间的对流传热量为qa,cov = ha (Tout-Ta)其中，qa,。。v*面料外表面通过边界空气层向环境的对流散热量W/m2 ;ha环境空气 的对流传热系数W/(m2· K)；面料外表面与环境之间的水汽传递系数hea可表示为一π 丨/3P4D 2SpiT -T)‘F - ou'~^L_其中，hea为面料外表面与环境间的对流传质系数kg/(m2 · s)；面料外表面与环境间的对流传质可表示为7ja = hea (Wout-Wa)面料外表面与环境间的换热量应为以上三部分的总和qa = σ ef (T。ut4_Ta4) +ha (Tout-Ta) + λ · hea (wout-wa)其中， 为面料外表面通过边界空气层向外环境的总散热量W/m2。所述的步骤(4)中通过衣下空气层、面料层和边界空气层的热流量和质流量应该 分别相等为qmc = qf = qaJfflc = jf = ja假设皮肤表面和环境的温湿度均为常量Ts = const, Ws = const,Ta = const, Wa = const则根据模型可求解得出六个变量值热流量q ；质流量j ；服装内表面温度Tin ；服 装内表面含湿量Win ；服装外表面温度T。ut ；服装外表面含湿量W。ut。有益效果本专利技术预测方法可以得出衣下空气层由传导向自然对流转变的临界厚度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种根据衣下空气层厚度得出服装表面温湿度的预测方法，包括由衣下空气层、面料层和边界空气层组成的服装系统，根据在稳态条件下通过这三个部分的热流量和质流量相等，分别建立三部分的热湿传递模型，从得出服装表面的温度及含湿量，其特征在于，包括下列步骤：（１）建立衣下空气层的热湿传递模型：衣下空气层指位于人体皮肤外侧与相邻织物内表面之间的衣下内陷空气，通过衣下空气层的热流量包括：衣下空气层的传导／对流、皮肤与服装内表面之间的辐射换热、水汽通过衣下空气层时的蒸发潜热；通过衣下空气层的热流量为以上三部分的总和；（２）建立面料层的热湿传递模型：从面料内表面向外表面传递的热流和质流主要受面料本身固有热阻和湿阻的影响，由已知面料的热阻，求得通过面料的显热量；由已知面料的湿阻，求得通过面料的潜热量；（３）建立边界空气层的热湿传递模型：服装外表面与环境间的热湿传递为热量和水蒸汽通过边界空气层进行传递，包括服装外表面向环境的自然对流传热、服装外表面与环境间的辐射换热、服装外表面向环境的自然对流传质；面料外表面与环境间的换热量为以上三部分的总和；（４）根据上述（１）、（２）和（３）所述的模型，建立服装系统热湿平衡方程，即通过衣下空气层、面料层和边界空气层的质流量和热流量分别相等，得到六个参数：通过服装系统的热流量；质流量；服装内表面温度；服装内表面含湿量；服装外表面温度；服装外表面含湿量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，张昭华，王云仪，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]