如何使用分層差分方程進行熱防護服熱量分布規(guī)律的模擬

　　為研究耐熱服裝在高溫環(huán)境中的熱量分布情況，降低在高溫環(huán)境工作下耐熱服裝的制作成本，且縮短其研發(fā)周期，本文首先建立對于不同材質(zhì)層的“高溫作業(yè)防護服–空氣–皮膚”熱傳導方程來研究不同層的熱量分布情況，其中熱傳導方程中熱擴散率依據(jù)介質(zhì)材料的參數(shù)值而定。我們利用兩種方法來解決偏微分方程的邊界條件問題。在方法一中引入熱阻的概念， 根據(jù)數(shù)值分析中求解偏微分方程的Crank-Nicolson隱式格式，即可求出不同材質(zhì)層中溫度–空間–時間的相關(guān)結(jié)果。在模型二中，考慮將四種不同材質(zhì)層視為一個整體，分別對四種不同材質(zhì)層中熱傳導方程運用古典顯式差分法迭代進行求解偏微分方程數(shù)值解。結(jié)果表明我們的方法是可行的。

　　隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的繁榮發(fā)展，消防、化工、冶金等行業(yè)的高溫作業(yè)問題也日趨嚴峻，長期在高溫和強烈的輻射環(huán)境下工作有許多潛在的安全隱患，如熱中暑、燒傷和灼傷等危害直接影響著人體的健康安全。高溫工作防護服裝作為人體與高溫環(huán)境之間的一層屏障，具有一定程度的隔熱和避免灼燒傷功能，是高溫作業(yè)環(huán)境中一項重要的防護措施。它的防護原理是降低熱轉(zhuǎn)移速度，讓外界高溫度的熱量緩慢而少量的轉(zhuǎn)移至皮膚。在現(xiàn)今的熱防護服的研究領域中，亟待解決的問題是：增強熱防護性能與減少人體新陳代謝熱負荷總是相互矛盾的。基于高溫工作防護服裝的重要性以及其研究現(xiàn)狀，本文通過建立分層熱傳導方程以及求解其溫度–空間–時間分布來分析高溫環(huán)境下熱防護服的不同材質(zhì)層中的溫度變化規(guī)律，以輔助于高溫工作防護服裝的設計問題。模型測試結(jié)果顯示，與外界相接觸的材質(zhì)層的降溫幅度最小，與皮膚相接觸的空氣層的降溫幅度最大。