空气层对织物热传递影响的模拟分析

服装舒适性的研究一直都是焦点,其中热传递是影响纺织品舒适性的重要性能之一,然而在人体与服装之间、服装与服装之间存在着空气,由于空气导热系数远远小于织物的导热系数,所以空气层对人体向外界传递热量有着非常重要的影响.很多学者在空气层对热传递的影响方面做了大量工作.早在１９９９年 Torvid等[１]利用小尺度台式测试,不考虑辐射传热的影响,建立了面料与传感器之间空气层的一维热传递.Talukdar等[２]利用计算流体力学软件 将 空 气 层 的 模 拟 传 热 推 广 到 多 维.Ghazy等[３]建立面料与空气层的多层组合模型.孙玉钗等[４]通过有限元方法建立纺织品热传递理论模型,模拟得出织物每增加１层、空气层每增加１mm,织物的热损失减少４０％左右.环境温度越低,热损失越多.常生等[５]分析不同厚度和面积的空气层与织物的复合热阻,得出织物与空气层的复合热阻会随着空气层的面积和厚度的增大而增大,并且呈线性关系.李利君等[６]得出增加３mm 的空气层,多层织物系统的总热阻值增加１０％左右.段杏元等[７]使用站立式暖汗出汗假人分别对男士发热内衣及纯棉内衣的热阻与湿阻进行了测量,分别建立了２种内衣的空气体积与热阻和湿阻之间的多项回归模型,得出２种内衣的热阻与湿阻均随空气层厚度的增加而增大到大值,而后再逐渐减小.在消防服上 Fu等[８]得出在服装多层系统中不同位置、不同厚度的空气层对服装的热防护性能有不同程度影响.王云仪等[９]通过燃烧假人的三维扫描确定衣下空气层的分布状况,结果显示,在肩部、前胸、大腿和膝盖等部位的空气层较小,在腰、后膝和小腿的空气层相对较大.
本文将用有限元软件对织物与空气层的组合方式以及不同空气层厚度下的织物模型进行传热模拟,探索表面瞬态温度变化的规律,从而为隔热服装的设计以及不同服装的保暖组合方式提供指导.

一、理论研究
在不考虑湿传递的情况下,热量传递方式有:传导、对流和辐射３种.在由人体皮肤－面料－环境构成的服装系统中,皮肤与内层织物、外层织物与环境间的温差很小,并且织物内部纱线与纱线交织形成的孔隙相对较小,在正常情况下,热传导的传热效果远大于对流和辐射对传热的贡献,因此实际中一般不考虑辐射的影响,只考虑导热及对流换热.