CN109063244A - 一种布料防紫外线能力的计算方法 - Google Patents

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严波
余红雨
龚莉
王鑫鑫
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Abstract

本发明涉及纺织技术领域，具体地说是一种布料防紫外线能力的计算方法。一种布料防紫外线能力的计算方法，具体计算方法如下：建立布料纤维编织结构的代表性单元并划分有限元网格；输入布料、助剂的光谱线或者谱带；设置入射紫外线的频率和强度，入射紫外线强度I（r，1）；建立布料的紫外线输运的非平衡辐射模型；采用有限体积法仿真紫外线射向布料之后发生反射、吸收、穿透的离散过程；计算穿透布料区域的紫外线频率及强度；根据透过的紫外线强度计算不同时刻布料的防紫外线能力。同现有技术相比，根据不同种类的纺织品布料，进行具体的算法，计算出其防紫外线能力，这样，可以根据不同纺织品布料的防紫外线能力强弱。

Description

一种布料防紫外线能力的计算方法
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，具体地说是一种布料防紫外线能力的计算方法。
背景技术
近年来，大量化学物质破坏了大气层中抵挡紫外线的天然屏障——臭氧层，研究指出，臭氧层每递减1％，皮肤癌的发病率就会上升3％。虽然纺织品本身具有一定的防紫外线性能，但性能无法满足实际防护需求，需要在纺织品中添加紫外线屏蔽剂来减少紫外线对人体伤害。研究人员在紫外线屏蔽剂、纤维微结构方面开展了大量研究，开发了各类紫外线吸收剂、反射剂等助剂，以及各类优化的纺织品纤维微孔结构、编织结构，用以提高纺织品的防紫外线性能。不同屏蔽剂材料的防紫外线性能不一样，原理也不尽相同。无机类紫外线屏蔽剂(如纳米金属氧化物、无机混合物、无机盐等)性能优越，耐光性、耐热性好，主要通过对入射紫外线的反射、散射以达到防止紫外线透过纺织品的目的。有机类紫外线屏蔽剂(如水杨酸、二苯甲酮系、苯并三唑系、三嗪类、活性偶氮苯席夫碱等)，主要通过互变异构体的转换循环，将吸收的紫外线能量转换成热量，从而达到防紫外线辐射的目的。然而，紫外线屏蔽剂只对部分频率的紫外线有效，如二苯甲酮系的紫外线吸收剂同时具有防长波(UV-A)与中波紫外线(UV-B)的功能，但对280nm以下紫外线吸收较小。三嗪系吸收紫外线范围较宽(280-380nm)。
因此，通过直观的计算出不同纺织布料防紫外线能力，然后根据需要在纺织布料增加紫外线屏蔽剂显得合理有效。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种布料防紫外线能力的计算方法。
为实现上述目的，设计一种布料防紫外线能力的计算方法，具体计算方法如下：
(1)建立布料纤维编织结构的代表性单元并划分有限元网格；
(2)输入布料、助剂的光谱线或者谱带；
(3)设置入射紫外线的频率和强度，入射紫外线强度I(r，1)；
(4)建立布料的紫外线输运的非平衡辐射模型；
(5)采用有限体积法仿真紫外线射向布料之后发生反射、吸收、穿透的离散过程；
(6)计算穿透布料区域的紫外线频率及强度；
(7)根据透过的紫外线强度计算不同时刻布料的防紫外线能力。
所述的非平衡辐射模型的非平衡辐射方程：其中，I为l方向的辐射强度，是辐射强度I沿方向l的方向导数，α为吸收系数，σl为散射系数，ε为发射系数，Ib为对应温度黑体辐射强度。
所述的为向内散射辐射强度：其中，ω是空间角度，r为辐射强度处的位置矢量，Φ(l′,l)为从l′方向散射到l方向的比例。
所述的有限体积法的离散过程公式：
所述的防紫外线能力：其中，λ为紫外线波长，Iλ为波长为λ的紫外线强度，S为入射或者透射的有限控制体积的表面积，Δλ为紫外线光波长度间距，Γin为入射表面，Γout为透射表面。
本发明同现有技术相比，提供一种布料防紫外线能力的计算方法，根据不同种类的纺织品布料，进行具体的算法，计算出其防紫外线能力，这样，可以根据不同纺织品布料的防紫外线能力强弱，设计出更为合理、有效的防紫外线屏蔽剂。
附图说明
图1为本发明计算流程图。
图2为紫外线穿透状态示意图。
图3为有限体积法离散过程示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
如图1至图3所示一种布料防紫外线能力的计算方法，具体计算方法如下：
(1)建立布料纤维编织结构的代表性单元并划分有限元网格；
(2)输入布料、助剂的光谱线或者谱带；光谱带是指分子光谱对应的频率或者波长，可以通过测量分子光谱带(即吸收光谱)作为该计算方法的数据库，是基本的材料数据；
(3)设置入射紫外线的频率和强度，入射紫外线强度I(r，1)；
(4)建立布料的紫外线输运的非平衡辐射模型；
(5)采用有限体积法仿真紫外线射向布料之后发生反射、吸收、穿透的离散过程；
(6)计算穿透布料区域的紫外线频率及强度；
(7)根据透过的紫外线强度计算不同时刻布料的防紫外线能力。
非平衡辐射模型的非平衡辐射方程：其中，I为l方向的辐射强度，是辐射强度I沿方向l的方向导数，α为吸收系数，σl为散射系数，ε为发射系数，Ib为对应温度黑体辐射强度。
为向内散射辐射强度：其中，ω是空间角度，r为辐射强度处的位置矢量，Φ(l′,l)为从l′方向散射到l方向的比例。
有限体积法的离散过程公式：
防紫外线能力：其中，λ为紫外线波长，Iλ为波长为λ的紫外线强度，S为入射或者透射的有限控制体积的表面积，Δλ为紫外线光波长度间距，Γin为入射表面，Γout为透射表面。
对上述内容的解释：
根据能量守恒原理：表面入射强度＝内部吸收强度+表面发射强度+内部散射强度
计算过程：以一维问题描述计算过程，在上述有限体积法离散的公式中，已知入射强度、发射系数、吸收系数，先计算向内散射辐射强度，再计算表面发射强度，即穿透的紫外线强度。
由于计算区域比较复杂，因此采用有限体积法离散计算区域，然后在每个有限体积上建立上面的离散公式，即局部的能量守恒方程，最后将所有的有限体积上的离散公式联立构成大型的方程组，根据设置的入射面的紫外线强度，就可以求解该大型方程组得到将所有有限体积上的紫外线强度，包括穿透面上的紫外线强度。
根据穿透面上的紫外线强度计算防紫外线能力，
根据步骤(6)得到穿透布料区域的紫外线频率及强度之后，计算防紫外线能力：
其中，λ为紫外线波长，Iλ为波长为λ的紫外线强度，S为入射或者透射的有限控制体积的表面积，Δλ为紫外线光波长度间距，Γin为入射表面，Γout为透射表面。

Claims (5)

1.一种布料防紫外线能力的计算方法，其特征在于：具体计算方法如下：
建立布料纤维编织结构的代表性单元并划分有限元网格；
输入布料、助剂的光谱线或者谱带；
设置入射紫外线的频率和强度，入射紫外线强度I（r，1）；
建立布料的紫外线输运的非平衡辐射模型；
采用有限体积法仿真紫外线射向布料之后发生反射、吸收、穿透的离散过程；
计算穿透布料区域的紫外线频率及强度；
根据透过的紫外线强度计算不同时刻布料的防紫外线能力。
2.根据权利要求1所述的一种布料防紫外线能力的计算方法，其特征在于：所述的非平衡辐射模型的非平衡辐射方程：，其中，I为l方向的辐射强度，是辐射强度I沿方向l的方向导数，α为吸收系数，σl为散射系数，ε为发射系数，Ib为对应温度黑体辐射强度。
3.根据权利要求2所述的一种布料防紫外线能力的计算方法，其特征在于：所述的为向内散射辐射强度：，其中，ω是空间角度，r为辐射强度处的位置矢量，Φ(l′,l)为从l′方向散射到l方向的比例。
4.根据权利要求1所述的一种布料防紫外线能力的计算方法，其特征在于：所述的有限体积法的离散过程公式：。
5.根据权利要求1所述的一种布料防紫外线能力的计算方法，其特征在于：所述的防紫外线能力：，其中，λ为紫外线波长，Iλ为波长为λ的紫外线强度，S为入射或者透射的有限控制体积的表面积，Δλ为紫外线光波长度间距，Γin为入射表面，Γout为透射表面。
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