非穩(wěn)態(tài)條件下多相多孔纖維材料熱傳遞性能分析.pdf

1、多相多孔纖維材料不僅由于其具有御寒保溫、透氣散熱的作用在服裝領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，而且隨著各類高性能纖維及其產(chǎn)品的出現(xiàn)，其應(yīng)用范圍已拓展到各類工程應(yīng)用領(lǐng)域。在各類高低溫極端環(huán)境下(如高溫火場(chǎng)、瞬態(tài)熱刺激和極端低溫等)，纖維材料通常處于非穩(wěn)態(tài)熱傳遞過(guò)程，其內(nèi)部熱傳遞方式變得復(fù)雜和多變，所以對(duì)非穩(wěn)態(tài)條件下熱傳遞性能的定量分析將有助于更好地認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)各類多相多孔纖維材料。本課題根據(jù)多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)、局部熱平衡狀態(tài)等理論，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試、數(shù)值模擬和

2、解析法求解等研究方法，分析了纖維材料內(nèi)各相熱傳導(dǎo)過(guò)程、纖維材料等效熱物性參數(shù)測(cè)試方法以及熱物性參數(shù)在各類非穩(wěn)態(tài)熱傳遞過(guò)程中的應(yīng)用等問(wèn)題。
　　 本課題研究的主要工作和結(jié)論包括：
　　 (1)利用局部熱平衡理論和非傅里葉傳熱理論建立多相多孔纖維的傳熱模型，計(jì)算非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)條件下各相介質(zhì)的溫度方程，建立評(píng)定多相系統(tǒng)局部熱平衡狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)；認(rèn)為在大多數(shù)使用環(huán)境下，纖維材料近似處于局部熱平衡狀態(tài)，熱源強(qiáng)度、邊界條件類型及試樣熱物性

3、參數(shù)是影響試樣局部熱平衡狀態(tài)的重要因素。
　　 (2)根據(jù)纖維材料熱物性參數(shù)測(cè)試基本原理，搭建非穩(wěn)態(tài)測(cè)試裝置；分析非理想熱源、邊界漏熱和熱源熱量等級(jí)等因素對(duì)此裝置的影響并驗(yàn)證了裝置的準(zhǔn)確性。此裝置可以較準(zhǔn)確地測(cè)量纖維材料集合體“純粹”的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和體積熱容等熱物性參數(shù)。
　　 (3)以層疊復(fù)合材料為研究對(duì)象，利用Green函數(shù)法求解多層試樣非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程。以雙層材料和三明治材料為例，利用熱傳導(dǎo)方程預(yù)測(cè)排列順序

4、對(duì)層疊復(fù)合材料溫度響應(yīng)的影響，并用實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法驗(yàn)證了此理論預(yù)測(cè)方程的準(zhǔn)確性；結(jié)果表明排列順序?qū)﹄p層材料的熱響應(yīng)無(wú)影響；當(dāng)三明治材料的夾心層為同一種材料時(shí)排序?qū)ο到y(tǒng)的熱響應(yīng)也無(wú)影響，若夾心層為不同材料，排列順序?qū)ο到y(tǒng)有明顯影響。
　　 (4)研究多層纖維材料集合體排序?qū)ζ鋸?fù)雜傳熱過(guò)程的影響，通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩種方法分析排序?qū)Σ牧细魺嵝阅艿挠绊?，并考慮纖維材料內(nèi)部自然對(duì)流和邊界漏熱對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。結(jié)果表明，與熱源接觸的試樣層

5、對(duì)系統(tǒng)的隔熱性能有決定性作用，其體積熱容是決定整個(gè)系統(tǒng)隔熱性能好壞的首要熱物性參數(shù)。
　　 (5)建立合理的多層纖維材料與皮膚接觸的傳熱理論模型，提出描述多層纖維材料對(duì)皮膚冷刺激的三個(gè)特征參數(shù)(熱流峰值qmax，感知時(shí)間tmax和穩(wěn)態(tài)熱流q0)，其中熱流峰值qmax和感知時(shí)間tmax兩個(gè)參數(shù)用于描述瞬態(tài)階段冷刺激，穩(wěn)態(tài)熱流q0描述穩(wěn)態(tài)階段冷刺激。通過(guò)分析可知，在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)傳熱階段，織物厚度對(duì)材料的冷刺激均有影響，試樣厚度越小

6、，感知時(shí)間較早出現(xiàn)且冷刺激較明顯；內(nèi)層織物是影響瞬態(tài)階段兩個(gè)參數(shù)的主要因素，外層織物的影響可以忽略，當(dāng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段后，內(nèi)外層織物的影響同等重要；此外，多層纖維材料的排列順序同樣是影響特征參數(shù)的重要因素，不同排列順序的試樣在瞬態(tài)階段的接觸冷暖感不同，而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段后，排序?qū)⒉辉倨鹱饔谩４四Ｐ涂勺鳛槎颈蝗旒皟?nèi)衣服裝材料的選取和設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
　　 通過(guò)對(duì)本課題的研究，可以根據(jù)本文提出的標(biāo)準(zhǔn)定量分析在傳熱過(guò)程中多相纖維材料內(nèi)部各相