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《人体着装传热传质过程的数学模型_一_模型方程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、18纺织科技进展2004年第6期人体着装传热传质过程的数学模型(一)模型方程田晓亮,高瑞霞(青岛大学机电工程学院,山东青岛266071)摘要:基于液汽两相流质量、动量、热量守恒方程组及表征性体积单元的概念,考虑到人体-服装-环境这一体系中的对流、扩散、蒸发、毛细运动、吸附等现象,建立了人体着装传热传质过程的数学模型,得到了较为满意的结果,为利用计算机技术对此进行数值分析和模拟奠定了基础。关键词:传热传质;着装过程;数学模型中图
2、分类号:TS9411文献标识码:A文章编号:1673-0356(2004)05-0018-02人体着装的热湿传递过程是个很复杂的问题,它包括辐射收)汽化潜热的结果。总换热量是显热交换量与潜热交换量的[2,3]散热、传导散热、对流散热和蒸发散热等过程,且边界层厚度、代数和,此时空气的状态参数也因热湿交换过程而改变。形状、温度等是个变数;所以,着装对人体热湿舒适性有着重要12基本假设条件的影响,并越来越受到设计和研究人员的重视。显然,要从理根据人体着装热湿传
3、递过程及建立数学模型的需要,可作论上弄清其传热传质机制,就必须建立合理的数学模型。从已如下假设:[1](1)人体各部分发汗分布均匀,且材料为各向同性的多孔介有的数学模型看,并未充分说明传输的实际过程,因此有必质,吸水和蒸发后的体积不变。要对原有的理论做恰适的修改和扩展。本文即是在其他模型(2)忽略由于压力梯度造成的热湿迁移。的基础上建立了一种通用的三维数学模型,并得到了较为满意(3)织物内流体流动时产生的压缩功和粘性耗散可忽略不的结果。计,织物内流体流动符合Darcy定律。1热湿交换的机理及基
4、本假设条件(4)织物内各局部区域固、气、液三相处于热力学平衡状态且气态物质满足理想气体状态方程。11热湿交换机理在由人体-服装-环境组成的体系里(见图1),具有一定2数学模型建立温度、压力的汗液在皮肤表面雾化成大量的细小水滴,水滴在21问题的提出与微小气候中的空气充分接触时相互之间发生质量、动量和热当人体皮肤发汗后,水汽透过衣料中的微小孔隙传递到外量上的变换。空气之间既有湿热交换,又有湿交换(质交换),且界,达到散热降温的目的。水汽在织物内停留时,由于织物具有湿交换同时又发生潜热交换。
5、湿热交换取决于边界层与周围吸湿能力,会有一部分的水汽被吸收掉,这部分水汽从气态变空气间的温差,是导热、对流和辐射换热的结果;湿交换及由其为液态,释放出吸收热,这样织物中的纤维就会被加热使织物引起的潜热交换则取决于空气与水之间的水蒸汽分子浓度差温度升高。而温度升高后将会改变衣料以温度为驱动力的显(水蒸汽分压力差),是二者中水蒸汽凝结(或蒸发)而放出(或吸热传递,反过来又势必会影响织物的饱和水汽压力等其他状态参数的改变,导致传湿能力的变化。这就需要建立相关的数学模型来反映人体着装过程中复杂的动态热湿
6、传递规律。考虑到上述问题,并基于前述假设条件,可建立以下非稳态三维微分方程组。22微分方程组的建立2.2.1质量守恒方程的建立在流场中取一个微元控制体x、y、z(正交坐标系),根据蒸汽、干空气二元扩散的质量守恒定律可知:控制体内水蒸图1传热传质结构模型汽的质量积累率+由控制体流出的水蒸汽净通量=控制体内水蒸汽的质量生成率。收稿日期:2004-10-10;修回日期:2004-11-19已知水蒸汽流入控制体的通量为:作者简介:田晓亮(1963-),男,教授,工学博士,现任青岛大学人工环
7、境工程研究中心主任,主要从事物料干燥、服装舒适性能等方nvxyz+nvyxz+nvzxy面的研究。控制体内水蒸汽质量积累率为2004年第6期纺织科技进展19v2.2.3能量守恒方程的建立xyz!根据热力学第一定律,对服装体系所取的微元控制体进行水蒸汽流出控制体的通量为:能量平衡关系分析。流体的能量E由其内能U和动能u2+v2nvx+xyz+nvy+yxz+nvz+zxy+w2/2两部分组成[4],
8、即E=U+u2+v2+w2/2。经过微元控单位时间内控制体中水蒸汽的生成率为:制体的6个分界面流入流出能量的总和应等于该容积中流体能rvxyz量的变化率,即代入质量守恒式,以xyz通除各项,并取x、y、z趋微元控制体收入微元控制体支出-于零时的极限得的能量净通量的能量净通量微元控制体nvxnvynvzv=+++-rv=0存储能量的增量xyz!根据能量守恒定律,得能量方程:写为矢量形式有DU=-divq-PdivV+∃vD!divnv+-rv=0
