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1、浙江工程学院学报,第19卷,第2期,2002年6月JournalofZhejiangInstituteofScienceandTechnologyVol.19,No.2,June2002文章编号:10094741(2002)02010906人体着装传热传质过程研究进展刘利华,王剑锋,陈光明(浙江大学制冷与低温工程研究所,浙江杭州310027)摘要:着装是影响人体热环境和舒适性的重要因素之一。文章主要介绍着装隔热热阻、水蒸气热阻的几种计算模型,分析各种模型的特点和适用条件,并对未来着装热模型的发展提出了展望。关键词
2、:人体热环境;人体舒适性;着装热过程;热质传递中图分类号:TS94117文献标识码:A0前言着装对人体热环境和舒适性有着重要的影响,越来越受到设计和研究人员的重视。国外关于人体着装[1]热质交换的研究文献主要涉及实验研究和理论研究两方面。国内关于这方面的研究除文献有所提及外,迄今还十分有限。本文主要介绍了着装的隔热热阻、水蒸气热阻的几种计算模型,分析了各种模型的特点和适用条件。1着装热阻的求解方法人体着装热阻可分为两部分,a)考虑人体显热损失的隔热热阻;b)考虑人体潜热损失的水蒸气热阻。这两部分热阻值可通过不
3、同方法来求取,但其精确性和复杂程度各不相同,主要包括以下几种方法:11真人实测法测出的传热热阻具有实际意义,但要求测量设备精密,且测量的蒸发阻力变动性较大,需要大量实验对象和统计分析才能获得满意结果。12暖体假人实测法具有较好的重复性,但暖体假人造价高,且其活动行为受限。同时,测量水蒸气热阻的汗液控制系统过于简单。13回归方程法对实验数据(即测定暖体假人在静止空气中的着装热阻值)进行回归处理可得到回归方程。对于已知热工特性的织物来说,该方程式求取着装人体的隔热热阻比较方便准确,但其所得的水蒸气热阻可靠性差。
4、14热特性方程法基于服装本身特性如容重,覆盖率和织物厚度等所得出的方程。该方法精确性取决于所选用的服装种类是否完全。同时,它不能提供水蒸气热阻的数据。15模型计算法依据着装传热传质机理建立计算模型,从而算出着装的隔热热阻和水蒸气热阻。该方法简便、精确、花费少,且能揭示出影响着装热工性能的主要因素,对于着装设计人员和研究人员在研究着装舒适性和其本身特性方面具有指导意义。收稿日期:2001-11-09作者简介:刘利华(1975-),女,湖南宁乡人,在读硕士研究生,从事混合工质的变浓度容量调节研究。110浙江工程学院
5、学报2002年第19卷2着装传热传质模型的分类21静态模型和动态模型根据着装人体运动与否,人体着装的传热传质模型分为静态模型和动态模型两类。静态模型研究站立的暖体假人在静止空气中的着装传热传质过程。它又可细分为简单静态模型和复杂静态模型两种。前者以[2]Gagge(1941)为代表,其模型主要是假定人体的热质交换只在着装外表面进行,着装与皮肤间包裹的空[3,4]气层只起消极的隔热作用。后者以McCullough(1985)为代表,该模型除了考虑着装外表面的热质交换外,还考虑了皮肤与着装间的热质
6、交换。动态模型主要研究人体在运动或外界风速改变时,着装热过程的变化。依其发展过程,可分为两个阶段。前一阶段是对参考热阻(即静态模型下计算出来的着装基本热[5][6,7]阻)进行修正(Lotens1991)。后一阶段是以Berger等人(2000a,b)为代表,他们的模型考虑了包裹空气层的泵效应以及由服装孔隙引起的皮肤与环境的热质交换。22单层模型和多层模型依据人体着装的层数,人体着装传热传质模型可分为单层模型和多层模型两类。因为薄厚着装的热工性能差别较大,因而单层模型又可细分为单层薄装模型和单层厚装模型。同理可类似细分
7、多层模型。在多层模型中还有一种特殊情况,即考虑贴身内衣包裹的空气层性质与非内衣层空气性质的差异,又分成两个[7]不同模型,即内衣+薄装模型,内衣+厚装模型(Berger,2000b)。3模型描述31单层模型[2]311Gagge模型模型假定:人体站立在静止的空气中,不考虑风速和行动的影响;服装包裹空气层只起消极隔热作用;人体与环境的热质交换只在服装表面进行,服装本身的隔热热阻和水蒸气热阻忽略不计。传热损失由两部分组成,服装与外表面空气层的对流换热和服装与环境的辐射换热。水蒸气热阻有两种表示形式,一是用蒸发换热系数
8、Re来表示,一是用空气当量d(相当同样大小水蒸气热阻的实际空气层厚度)来表示。模型示意见图1。着装的总隔热热阻(由皮肤至外部环境,净热损失所需克服的阻力)1Rt==Ra(1)hc+hr2式(1)中Rt和Ra分别为总隔热热阻和边界层空气的隔热热阻,单位:mK/W。hc和hr分别为对流2换热系
