CN101359346A - 一种纤维热湿传输仿真的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单独对纤维进行仿真，获取某一纤维在某一具体环境条件下的热湿情况的系统。包括信息采集模块，仿真计算模块，以及后处理模块三个模块。其主要内容是通过收集纤维的材料属性以及环境条件信息，根据已经建立的数学模型进行仿真计算，最后将对该纤维的仿真结果用图象处理技术和数值分析手段形象地模拟出来。其特点是仿真精确度高，操作方便，仿真结果分析形象化，软件可重用度高。
Description
技术领域
本发明涉及到计算机仿真与纺织学两个学科领域，具体来说涉及到一种纤维热湿传输仿真的系统。
背景技术
服装舒适性在很大程度上取决于服装材料是否具有在短时间内将人体皮肤表面汗液吸入的“吸湿作用”，并使汗液通过纤维很快转移，在服装表面快速蒸发，以保持人体皮肤表面和服装内侧环境的干爽。因此，纤维材料必须具备良好的吸湿、传湿与放湿性能。
面料的传热性能和隔热性能在服装舒适性中占有很重要的地位。人们在着装状态下，身体与环境之间处于不断的能量交换中。人体本身产生的水分与周围环境中的水分之间能量交换的平衡决定了人体的舒适感觉。服装在能量交换中起着调节热湿传递的作用。因此对构成服装的纤维进行研究就非常有必要的，而目前，单独对纤维进行仿真的计算机产品还比较少，本文提出的纤维热湿传输仿真的实现方案可以为研究人员研制新型的纤维材料提供重要的理论指导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单独对纤维进行仿真，获取某一纤维在某一具体环境条件下的热湿情况的系统。其主要内容是通过收集纤维的材料属性以及环境条件信息，根据已经建立的数学模型进行仿真计算，最后将对该纤维的仿真结果用图象处理技术和数值分析手段形象地模拟出来。其特点是仿真精确度高，操作方便，仿真结果分析形象化，软件可重用度高。
一种纤维热湿传输仿真的系统主要由三个模块组成，分别是信息采集模块，仿真计算模块，以及后处理模块。
信息采集模块主要由以下4个子模块组成：纤维材料属性定义子模块，边界环境条件设定子模块，初始环境条件设定子模块，仿真控制条件设置子模块。
纤维材料属性定义子模块，主要负责定义进行仿真的纤维材料的属性，包括纤维类型、密度、半径以及纤维中水蒸气的扩散率。
边界环境条件和初始环境条件设定子模块，主要负责对纤维所处的边界与周围环境的温度和相对湿度的设置。
仿真控制条件设定子模块，主要负责对仿真数据采集频率和仿真时间的控制。
仿真计算模块主要由以下两个子模块组成：一个是纤维热湿传递控制子模块，另外一个是纤维边界控制子模块。
纤维热湿传递控制子模块，主要通过建立相应的数学模型，借助于相应的控制方程，对纤维在某一环境条件下的吸湿或放湿而引起纤维自身温度以及水蒸气含量的变化进行仿真计算。
纤维边界控制子模块，主要通过建立相应的数学模型，借助边界条件控制方程对纤维与外界环境的对流而引起纤维自身温度条件的变化进行仿真计算。
后处理模块主要负责将仿真的结果通过可视化处理和数值分析的手段形象化表示，供数据分析之用。其主要由以下两个子模块组成：可视化处理子模块和数值分析子模块。
可视化处理子模块，主要负责将仿真结果中的纤维各层上的水蒸气浓度随时间的变化情况用图像形象地表示出来。
数值分析子模块，主要负责将纤维的温度随时间的变化情况，纤维的平均水蒸气浓度随时间的变化趋势，纤维的平均吸湿率随时间的变化情况用二维坐标系表示出来。
本发明是一个为研究人员研制新型纤维提供帮助的分析工具，具有以下几个方面的特点：
1、实现时采用控制纤维吸湿/放湿过程的方程和控制纤维与外界对流的边界方程相结合，共同控制纤维在某一具体环境条件的热湿传递过程，保证了仿真结果的精确性。
2、提供更快的仿真速度。对偏微分方程采用优化的离散化方法进行求解，保证结果准确性的同时，极大的提高了仿真的速度。
3、提供更直观的数据分析手段。在对仿真结果进行分析时，采用可视化处理和数值分析相结合的方法，使得仿真结果直观，形象地得以表示，为研究人员分析特定纤维的热湿传递情况提供一种便利的工具。
4、提高了软件的可重用度。在纤维热湿传输仿真的实现方案中，在设计软件时，将纤维的热湿仿真方案封装成具有高度可重用的独立包，为集成到其他系统提供了极大的便利。
附图说明：
图1是一种纤维热湿传输仿真的系统结构图；
图2是一种纤维热湿传输仿真的实现方案的系统实施流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明的纤维热湿传输仿真系统示意图如附图1所示，包括信息采集模块、仿真计算模块和后处理模块；所述信息采集模块包括纤维材料属性定义子模块、边界条件设置子模块、初始环境设置子模块、仿真控制条件设置子模块；所述仿真计算模块包括纤维热湿传递控制子模块、纤维边界控制子模块。后处理模块包括可视化处理子模块和数值分析子模块。
各模块的功能描述如下：
纤维材料属性定义子模块，主要负责定义进行仿真的纤维材料的属性，包括纤维类型、密度、半径以及纤维中水蒸气的扩散率。
边界环境条件和初始环境条件设定子模块，主要负责对纤维所处的边界与周围环境的温度和相对湿度的设置。
仿真控制条件设定子模块，主要负责对仿真数据采集频率和仿真时间的控制。
仿真计算模块主要由以下两个子模块组成：一个是纤维热湿传递控制子模块，另外一个是纤维边界控制子模块。
纤维热湿传递控制子模块，主要通过建立相应的数学模型，借助于相应的控制方程，对纤维在某一环境条件下的吸湿或放湿而引起纤维自身温度以及水蒸气含量的变化进行仿真计算。
纤维边界控制子模块，主要通过建立相应的数学模型，借助边界条件控制方程对纤维与外界环境的对流而引起纤维自身温度条件的变化进行仿真计算。
后处理模块主要负责将仿真的结果通过可视化处理和数值分析的手段形象化表示，供数据分析之用。其主要由以下两个子模块组成：可视化处理子模块和数值分析子模块。
可视化处理子模块，主要负责将仿真结果中的纤维各层上的水蒸气浓度随时间的变化情况用图像形象地表示出来。
数值分析子模块，主要负责将纤维的温度随时间的变化情况，纤维的平均水蒸气浓度随时间的变化趋势，纤维的平均吸湿率随时间的变化情况用二维坐标系表示出来。
本发明的纤维热湿传输仿真系统的数据传送如附图2所示。用户通过系统界面设置各项参数，完成信息采集模块的信息采集，将数据传到仿真计算模块，该模块通过建立相应的数学模型，借助于相应的控制方程，对纤维在某一环境条件下的吸湿或放湿而引起纤维自身温度以及水蒸气含量的变化进行仿真计算。后处理模块将仿真的结果通过可视化处理和数值分析的手段形象化表示，供用户数据分析之用。
Claims (4)
1、一种纤维热湿传输仿真的系统，其特征在于用于对某种类型的纤维在某一具体环境下的热湿传输的仿真，整个完整的仿真过程包括了信息采集模块、仿真计算模块和后处理模块；
所述信息采集模块包括纤维材料属性定义子模块，边界环境条件设定子模块，初始环境条件设定子模块，仿真控制条件设置子模块；
所述仿真计算模块包括纤维热湿传递控制子模块和纤维边界控制子模块；
所述后处理模块包括可视化处理子模块和数值分析子模块。
2、根据权利要求1所述的纤维热湿传输仿真的系统，其特征在于所述的纤维材料属性定义子模块主要负责定义进行仿真的纤维材料的属性，包括纤维类型、密度、半径以及纤维中水蒸气的扩散率；所述的边界环境条件和初始环境条件设定子模块主要负责对纤维所处的边界与周围环境的温度和相对湿度的设置；所述的仿真控制条件设定子模块，主要负责对仿真数据采集频率和仿真时间的控制。
3、根据权利要求1所述的纤维热湿传输仿真的系统，其特征在于所述的纤维热湿传递控制子模块主要通过建立相应的数学模型，借助于相应的控制方程，对纤维在某一环境条件下的吸湿或放湿而引起纤维自身温度以及水蒸气含量的变化进行仿真计算；所述的纤维边界控制子模块，主要通过建立相应的数学模型，借助边界条件控制方程对纤维与外界环境的对流而引起纤维自身温度条件的变化进行仿真计算。
4、根据权利要求1所述的纤维热湿传输仿真的系统，其特征在于所述的可视化处理子模块主要负责将仿真结果中的纤维各层上的水蒸气浓度随时间的变化情况用图像形象地表示出来；所述的数值分析子模块，主要负责将纤维的温度随时间的变化情况，纤维的平均水蒸气浓度随时间的变化趋势，纤维的平均吸湿率随时间的变化情况用二维坐标系表示出来。
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