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如何使用分层差分方程进行热防护服热量分布规律的模拟
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为研究耐热服装在高温环境中的热量分布情况，降低在高温环境工作下耐热服装的制作成本，且缩短其研发周期，本文首先建立对于不同材质层的“高温作业防护服–空气–皮肤”热传导方程来研究不同层的热量分布情况，其中热传导方程中热扩散率依据介质材料的参数值而定。我们利用两种方法来解决偏微分方程的边界条件问题。在方法一中引入热阻的概念， 根据数值分析中求解偏微分方程的Crank-Nicolson隐式格式，即可求出不同材质层中温度–空间–时间的相关结果。在模型二中，考虑将四种不同材质层视为一个整体，分别对四种不同材质层中热传导方程运用古典显式差分法迭代进行求解偏微分方程数值解。结果表明我们的方法是可行的。
随着我国工业生产的繁荣发展，消防、化工、冶金等行业的高温作业问题也日趋严峻，长期在高温和强烈的辐射环境下工作有许多潜在的安全隐患，如热中暑、烧伤和灼伤等危害直接影响着人体的健康安全。高温工作防护服装作为人体与高温环境之间的一层屏障，具有一定程度的隔热和避免灼烧伤功能，是高温作业环境中一项重要的防护措施。它的防护原理是降低热转移速度，让外界高温度的热量缓慢而少量的转移至皮肤。在现今的热防护服的研究领域中，亟待解决的问题是：增强热防护性能与减少人体新陈代谢热负荷总是相互矛盾的。基于高温工作防护服装的重要性以及其研究现状，本文通过建立分层热传导方程以及求解其温度–空间–时间分布来分析高温环境下热防护服的不同材质层中的温度变化规律，以辅助于高温工作防护服装的设计问题。模型测试结果显示，与外界相接触的材质层的降温幅度最小，与皮肤相接触的空气层的降温幅度最大。
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