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织物中热、质传递建模及着装人体数值仿真

李凤志  
【摘要】:计算机技术已经成功地应用于纺织及服装工业,CAD技术也已被广泛运用时装及纺织品设计。运用CAD的主要目的是提高时装产品设计过程的生产力及灵活性。由于现代消费者需要个性化的舒适性,不能仅仅依靠传统的时装设计CAD系统来满足生产企业开发功能性及舒适性产品的需要。然而,在服装行业中,功能性设计CAD系统并没有得到开发和利用。其中一个重要原因在于织物及服装的热湿传递及力学性能非常复杂。对织物热湿传递及力学性能的全面了解及数字化模拟是开发先进的纺织及服装数字化功能工程设计技术最基本的前提。本论文以服装功能性设计CAD系统的开发为背景,对多孔织物内的传热、传质机理进行了研究,并且结合改进的人体热调节模型,建立新的人、服装、环境系统模型。基本内容如下: 第一章对提出问题的背景和现实意义做了阐述,同时对多孔织物热质传递机理及人体热调节模型的研究现状进行归纳和总结,找出了发展织物热湿耦合模型和利用发展的织物模型结合人体热调节模型,模拟人体动态热湿行为的研究思路。 第二章重新分析了前期织物热湿耦合模型,对其中的吸附项给予流体力学上的解释的并对方程的求解方法进行了改进,采用有限元法和改造的精细积分算法对方程进行了求解。算例表明了算法的合理性。 第三章从宏观的观点考虑了织物内的传热传质过程。发展了考虑传导、对流、内辐射在内的复杂机理模型。 第四章从宏观和微观两个尺度发展了织物的多尺度传热传质模型。宏观上考虑气体在总压梯度,分压梯度下的扩散,微观上考虑单个纤维的吸附现象。考虑了大气压力对气体扩散速度的影响。理论和实验的比较对模型的可行性进行了验证。 大连理工大学博士学位论文 第五章和第六章在第四章的模型基础上将一维模型拓展至二维,考虑了 风对服装传热传质的影响及人体热调节。这两章主要考虑非均匀边界对人体 温度及服装热湿传递的影响。 第七章改进了前期织物热湿祸合模型和Stulwijk人体热调节模型,考虑了 汗水在皮肤表面积聚的影响。理论预测结果和实验进行了对比。表明了模型 具有良好的预测性能。同时考察了服装层数,服装材料对人体热响应的影响。 第八章研究并发展了通过飞沫传播的病毒在口罩的传递过程模型。模型 中首次考虑了呼出的蒸汽在口罩表面的凝结对病毒传递的影响。对K十在口罩 中的渗透过程进行了模拟。模拟的渗透结果和实验预测结果符合较好。以此 模型为基础,研究了材料的表面能,和孔隙大小对口罩的保护性能和热湿舒 适性的影响。 最后对本文工作进行了总结,并指出了进一步的工作。 本论文得到了国家自然科学基金(基金号:10072014),高校博士点基金 (基金号:2000014107)和香港理工大学基金项目A188和T162的资助。 关键词:织物;传热传质;模型;人体热调节;数值模拟 论文类型:应用基础 中图法分类号:TS941 .15


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