CN111563327A - 基于高温防护服的温度分布模型构建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度分布技术领域，公开了一种基于高温防护服的温度分布模型构建方法及装置，该方法包括：获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息；对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件；根据所述织物层信息确定热传导系数；根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型。本实施例通过对外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理获得模型构建温度条件，之后根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型，并根据温度分布模型设计高温防护服的温度分布情况，从而实现在保护工作人员的安全的同时，也提高了工作人员的工作效率。

Description

基于高温防护服的温度分布模型构建方法及装置

技术领域

本发明涉及温度分布技术领域，尤其涉及一种基于高温防护服的温度分布模型构建方法及装置。

背景技术

目前，随着我国工业的发展和技术的需求，高温作业遍布于工业生产的诸多行业，如炼钢、炼铁、消防、造纸、塑料生产、水泥生产等。其中，处于高温工作环境中的一线人员可能会因为超时、超强度的工作产生注意力不集中、工作效率低下、发生工作事故等问题，并且高温工作环境也会对人体健康造成直接的危害。因此，如何提供一种基于高温防护服的温度分布模型构建方法，并根据所述温度分布模型设计高温防护服的温度分布情况是亟待解决的技术问题，从而实现在保护工作人员的安全的同时，提高工作效率。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于高温防护服的温度分布模型构建方法及装置，旨在解决如何实现在保护工作人员的安全的同时，提高工作效率的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于高温防护服的温度分布模型构建方法，所述基于高温防护服的温度分布模型构建方法包括以下步骤：

获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息；

对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件；

根据所述织物层信息确定热传导系数；

根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型。

优选地，所述对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件的步骤，包括：

根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场；

通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面；

根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型；

根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件。

优选地，所述根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型的步骤，包括：

对所述温度扩散平面进行空间区域分割，获得温度差分网格；

根据所述温度差分网格获取温度网格信息；

根据所述温度网格信息建立温度扩散模型。

优选地，所述模型构建温度条件包括初始条件、边界条件和界面条件：

所述根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件的步骤，包括：

根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息确定所述初始条件和所述边界条件；

通过所述温度扩散模型对所述初始条件和所述边界条件进行处理，获得所述界面条件。

优选地，所述获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息的步骤之前，还包括：

在预设时间阈值范围内采集外界环境初始温度信息；

对所述外界环境初始温度信息进行筛选，获得有效温度信息；

根据所述有效温度信息确定外界环境温度信息。

优选地，所述根据所述选取结果确定外界环境温度信息的步骤，包括：

根据所述有效温度信息，通过预设信息处理法确定外界环境温度信息。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种基于高温防护服的温度分布模型构建装置，所述基于高温防护服的温度分布模型构建装置包括：获取模块，用于获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息；

处理模块，用于对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件；

确定模块，用于根据所述织物层信息确定热传导系数；

建立模块，用于根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型。

优选地，所述处理模块，还用于根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场；

所述处理模块，还用于通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面；

所述处理模块，还用于根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型；

所述处理模块，还用于根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件。

优选地，所述处理模块，还用于对所述温度扩散平面进行空间区域分割，获得温度差分网格；

所述处理模块，还用于根据所述温度差分网格获取温度网格信息；

所述处理模块，还用于根据所述温度网格信息建立温度扩散模型。

本发明中，先获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息，然后对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件，并根据所述织物层信息确定热传导系数，之后根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型，最后根据所述温度分布模型设计防护服的温度分布情况，从而实现在保护工作人员的安全的同时，提高工作人员的工作效率。

附图说明

图1为本发明基于高温防护服的温度分布模型构建方法第一实施例的流程示意图；

图2为本发明基于高温防护服的温度分布模型构建装置第一实施例的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明基于高温防护服的温度分布模型构建方法第一实施例的流程示意图，提出本发明基于高温防护服的温度分布模型构建方法第一实施例。

在第一实施例中，所述基于高温防护服的温度分布模型构建方法包括以下步骤：

步骤S10：获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息。

需要说明的是，本实施例的执行主体是基于高温防护服的温度分布模型构建设备，其中，所述基于高温防护服的温度分布模型构建设备可以是获取外界环境温度信息和织物层信息，之后对外界环境温度信息和织物层信息进行处理获得模型构建温度条件的移动终端、电脑或服务器等第三方电子设备。

所述外界环境温度信息包括时间信息和温度信息，所述不同时间对应不同的温度信息，可以理解为十二点对应的温度为30度，十六点对应的温度为23度，也就是说，上述所提到的十二点、30度、十六点及23度都为外界环境温度信息。

其中，所述织物层信息包括织物层数据，是指从外界环境到人皮外表所包括的衣服材料对应的层次。

所述获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息的步骤之前为在预设时间阈值范围内采集外界环境初始温度信息，对所述外界环境初始温度信息进行筛选，获得有效温度信息，根据所述有效温度信息确定外界环境温度信息。

所述对所述外界环境初始温度信息进行筛选，获得有效温度信息的步骤为判断所述外界环境初始温度信息是否满足预设温度条件，在所述外界环境初始温度信息满足所述预设温度条件时，对满足所述预设温度条件的温度信息进行筛选，获得选取结果，根据所述选取结果确定外界环境温度信息。

所述预设时间阈值范围为自定义设置的时间阈值范围，可以设置为三点到十四点，之后可以设置间隔时间为每十分钟采集一次外界环境初始温度，假设采集的外界环境初始温度分别为五点对应的12度、五点十分对应的15度、五点二十对应的16度、五点三十对应的6度、五点四十对应的13度等，所述预设温度条件为用户设定的温度范围，若温度范围设定为12度至16度，则需要将五点三十对应的6度进行剔除，五点对应的12度、五点十分对应的15度、五点二十对应的16度及五点四十对应的13度作为有效温度信息。

所述根据所述选取结果确定外界环境温度信息的步骤为根据所述有效温度信息，通过预设信息处理法确定外界环境温度信息。

根据上述举例说明可知，将上述所得到的有效温度信息可以进行处理，也就是说选取某一段时间对应的温度，将选取时间和温度作为外界环境温度信息。

步骤S20：对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件。

所述对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件的步骤为根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场，通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面，根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型，根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件。

所述根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型的步骤为对所述温度扩散平面进行空间区域分割，获得温度差分网格，根据所述温度差分网格获取温度网格信息，根据所述温度网格信息建立温度扩散模型。

所述模型构建温度条件包括初始条件、边界条件和界面条件，所述根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件的步骤为根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息确定所述初始条件和所述边界条件，通过所述温度扩散模型对所述初始条件和所述边界条件进行处理，获得所述界面条件。

步骤S30：根据所述织物层信息确定热传导系数。

所述织物层材料的不同，材料所对应的热传导系数也不同。

步骤S40：根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型。

为了便于理解，以下进行举例说明：

一.温度分布模型的建立

当身穿工作服的工人进入高温工作环境后，由于外界环境、服装、人外表皮之间存在温度的差异，整个系统内会有一定的热量传递，假设前三层为织物，各层材料种类已确定，第四层为空气层。

热量在服装各材质之间沿x轴正方向移动，温度在服装内的分布为u(x,t)，令k_n为n层材料的热传导率(其中n＝I，II，III，IV)，可知单位时间内通过垂直x方向的单位面积热量与温度的空间变化率呈正比关系，公式为:

其中，单位面积流过垂直于X轴的热量等于u对于x的偏导数乘于比例常数k得到流过的热量，q叫做热流密度或热流强度，表示单位时间单位面积流过的热量。

令ρ_n为n层材料的密度(其中n＝I，II，III，IV)，c_n为n层材料的比热(其中n＝I，II，III，IV)，则从服装x处到x+dx处的质量

热容量

根据能量守恒定律可知，净流入介质的热量等于该介质在此段时间内温度升高需要的热量，公式为：

其中，

为净流入介质的热量等于热容量乘以关于面积和时间的函数得到一段时间内升高的热量，

为一段时间内流过的热量对时间的积分(q表示单位时间单位面积流过的热量)，得到一段时间内流入的热量。也等于升高的热量乘以面积和时间得到升高的热量。

令

且

得到：

由公式(1)和公式(2)可得：

其中，

为单位时间内的面积，

为由第一个公式得到q,转换为求q对x的偏导数，又因为

且

得到：

之后进行转换也得到单位时间内的面积。

令

则得到：

综上得到最终的基于热传导方程的温度分布模型。

其中，所述不同厚度的温度场解析式形式一样，织物层材料的热传导系数不同，并且传递的时候所用材料不同，导致流入单位面积的热量不同。公式为：

其中，

初值条件：

边界条件：

界面条件：

式中：u为温度，℃；t为时间，s；n为织物层范围；k_n为n层材料的热传导率，W/m·℃；c_n为n层材料的比热，J/kg·℃；ρ_n为n层材料的密度，kg/m³；a_I、a_II、a_III、a_IV分别为I-IV层的热传导系数，W·m²/(J)；x为水平坐标；l₁-l₄依次为防护服左边界到各界面距离，m；k_w、k_r分别为贴近环境一侧、贴近人体一侧织物的热传导率，W/m·℃；u_w、u_r分别为环境温度、贴近人体皮肤温度，℃。

二.求解温度分布模型的有限差分算法

建立一种科学合理的数学模型，用来快速建立温度与时间空间有关的状态方程模型。并利用离散网格化，快速得到合理的数值模型。

虽然温度关于时间和空间具有连续性，但是由于数据采集(外界温度、时间及织物层)问题，很难直接得到温度的函数解析式。我们提出一种离散化处理的方案。其基本思想是将时间、空间上中的连续物理量离散在各个节点上，用有限差分法求解物理量的数值解。该方法的关键是把连续问题离散化，将原方程的求解区域划分成差分网格，从而将复杂的微分问题转化为直观的代数问题以求得近似数值解。

(1)取

τ作为模型x方向和y方向的步长，则有关空间的一组平行直线

和有关时间的一组平行直线t＝t_j＝jτ(j＝1,2,3……)将(x,t)分割成矩形网格，节点为(x_i,t_j)，简记为(i,j)，得到分割后的网格图像。

然而，温度场的分割，横坐标是厚度变量x,纵坐标是时间变量t.每个点上对应的值就是该点对应的温度u(x,t)。目的就是得到温度场的解析式u(x,t)，由公式(1)可知，单位时间内通过垂直x方向的单位面积热量与温度的空间变化率呈正比关系，即流入的温度只跟厚度和时间有关，没有其他变量，所以可以直接以横坐标是厚度变量x,纵坐标是时间变量t.每个点上对应的值就是该点对应的温度u(x,t)。

(2)差分近似

在节点(i,j)处，针对

采用一阶向前差商公式，

针对

采用二阶中心差商公式，

则公式(4)式可以转化为：

令

公式(9)可转化为：

u_i,j+1＝b_i,ju_i+1,j+(1-2b_i,j)u_i,j+b_i,ju_i-1,j (10)

(3)条件处理

为了能够顺利求出偏微方程的解，还需要对偏微方程的定解条件进行离散化，则原定解条件公式(10)转化为：

其中

(4)求解步骤

对仿真模型进行时间-空间离散化后，可根据边界条件和初值条件，在时间节点和空间节点上逐层进行求解。具体求解步骤如下：

1：将温度场按区域分割法沿温度扩散方向以步长

划分网格，在时域上以步长τ划分网格，以此构成温度扩散平面。

2：将外界环境温度、初始温度及考虑对象不同时刻的温度作为初始条件，引入温度扩散模型，代入不同材质的热传导系数，以此构成具体的温度分布仿真模型。

3：利用智能算法，进行仿真求解，得到温度分布。

也可以理解为：

首先得到外界工作温度后，根据能量守恒定律可知，净流入介质的热量等于该介质在此段时间内温度升高需要的热量。公式为：

可知热量传到防护服后，必定会被高温防护服和人体吸收，然后将温度场按区域分割法沿温度扩散方向以步长

划分网格，在时域上以步长τ划分网格以此构成温度扩散平面，然后由热传导方程的温度模型：

其中针对

采用一阶向前差商公式，

针对

采用二阶中心差商公式，

初值条件：

边界条件：

界面条件：

式中：u为温度，℃；t为时间，s；n为织物层范围；k_n为n层材料的热传导率，W/m·℃；c_n为n层材料的比热，J/kg·℃；ρ_n为n层材料的密度，kg/m³；a_I、a_II、a_III、a_IV分别为I-IV层的热传导系数，W·m²/(J)；x为水平坐标；l₁-l₄依次为防护服左边界到各界面距离，m；k_w、k_r分别为贴近环境一侧、贴近人体一侧织物的热传导率，W/m·℃；u_w、u_r分别为环境温度、贴近人体皮肤温度，℃。

最后，引入温度扩散模型，代入不同材质的热传导系数，以此构成具体的温度分布仿真模型，利用智能能算法，进行仿真求解，得到温度分布。

在第一实施例中，获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息，然后根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场，并通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面，之后根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型，并根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件，并根据所述织物层信息确定热传导系数，最后根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型，从而根据所述温度分布模型设计防护服的温度分布情况，在实现保护工作人员的安全的同时，提高工作人员的工作效率。

此外，参照图2，本发明实施例还提出一种基于高温防护服的温度分布模型构建装置，所述基于高温防护服的温度分布模型构建装置包括：获取模块2001，用于获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息；处理模块2002，用于对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件；确定模块2003，用于根据所述织物层信息确定热传导系数；建立模块2004，用于根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型。

所述获取模块2001，用于获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息的操作。

需要说明的是，本实施例的执行主体是基于高温防护服的温度分布模型构建设备，其中，所述基于高温防护服的温度分布模型构建设备可以是获取外界环境温度信息和织物层信息，之后对外界环境温度信息和织物层信息进行处理获得模型构建温度条件的移动终端、电脑或服务器等第三方电子设备。

所述外界环境温度信息包括时间信息和温度信息，所述不同时间对应不同的温度信息，可以理解为十二点对应的温度为30度，十六点对应的温度为23度，也就是说，上述所提到的十二点、30度、十六点及23度都为外界环境温度信息。

其中，所述织物层信息包括织物层数据，是指从外界环境到人皮外表所包括的衣服材料对应的层次。

所述获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息的步骤之前为在预设时间阈值范围内采集外界环境初始温度信息，对所述外界环境初始温度信息进行筛选，获得有效温度信息，根据所述有效温度信息确定外界环境温度信息。

所述对所述外界环境初始温度信息进行筛选，获得有效温度信息的步骤为判断所述外界环境初始温度信息是否满足预设温度条件，在所述外界环境初始温度信息满足所述预设温度条件时，对满足所述预设温度条件的温度信息进行筛选，获得选取结果，根据所述选取结果确定外界环境温度信息。

所述预设时间阈值范围为自定义设置的时间阈值范围，可以设置为三点到十四点，之后可以设置间隔时间为每十分钟采集一次外界环境初始温度，假设采集的外界环境初始温度分别为五点对应的12度、五点十分对应的15度、五点二十对应的16度、五点三十对应的6度、五点四十对应的13度等，所述预设温度条件为用户设定的温度范围，若温度范围设定为12度至16度，则需要将五点三十对应的6度进行剔除，五点对应的12度、五点十分对应的15度、五点二十对应的16度及五点四十对应的13度作为有效温度信息。

所述根据所述选取结果确定外界环境温度信息的步骤为根据所述有效温度信息，通过预设信息处理法确定外界环境温度信息。

根据上述举例说明可知，将上述所得到的有效温度信息可以进行处理，也就是说选取某一段时间对应的温度，将选取时间和温度作为外界环境温度信息。

所述处理模块2002，用于对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件的操作。

所述对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件的步骤为根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场，通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面，根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型，根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件。

所述根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型的步骤为对所述温度扩散平面进行空间区域分割，获得温度差分网格，根据所述温度差分网格获取温度网格信息，根据所述温度网格信息建立温度扩散模型。

所述模型构建温度条件包括初始条件、边界条件和界面条件，所述根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件的步骤为根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息确定所述初始条件和所述边界条件，通过所述温度扩散模型对所述初始条件和所述边界条件进行处理，获得所述界面条件。

所述确定模块2003，用于根据所述织物层信息确定热传导系数的操作。

所述织物层材料的不同，材料所对应的热传导系数也不同。

所述建立模块2004，用于根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型的操作。

为了便于理解，以下进行举例说明：

一.温度分布模型的建立

当身穿工作服的工人进入高温工作环境后，由于外界环境、服装、人外表皮之间存在温度的差异，整个系统内会有一定的热量传递，假设前三层为织物，各层材料种类已确定，第四层为空气层。

热量在服装各材质之间沿x轴正方向移动，温度在服装内的分布为u(x,t)，令k_n为n层材料的热传导率(其中n＝I，II，III，IV)，可知单位时间内通过垂直x方向的单位面积热量与温度的空间变化率呈正比关系，公式为:

其中，单位面积流过垂直于X轴的热量等于u对于x的偏导数乘于比例常数k得到流过的热量，q叫做热流密度或热流强度，表示单位时间单位面积流过的热量。

令ρ_n为n层材料的密度(其中n＝I，II，III，IV)，c_n为n层材料的比热(其中n＝I，II，III，IV)，则从服装x处到x+dx处的质量

热容量

根据能量守恒定律可知，净流入介质的热量等于该介质在此段时间内温度升高需要的热量，公式为：

其中，

为净流入介质的热量等于热容量乘以关于面积和时间的函数得到一段时间内升高的热量，

为一段时间内流过的热量对时间的积分(q表示单位时间单位面积流过的热量)，得到一段时间内流入的热量。也等于升高的热量乘以面积和时间得到升高的热量。

令

且

得到：

由公式(1)和公式(2)可得：

其中，

为单位时间内的面积，

为由第一个公式得到q,转换为求q对x的偏导数，又因为

且

得到：

之后进行转换也得到单位时间内的面积。

令

则得到：

综上得到最终的基于热传导方程的温度分布模型。

其中，所述不同厚度的温度场解析式形式一样，织物层材料的热传导系数不同，并且传递的时候所用材料不同，导致流入单位面积的热量不同。公式为：

其中，

初值条件：

边界条件：

界面条件：

式中：u为温度，℃；t为时间，s；n为织物层范围；k_n为n层材料的热传导率，W/m·℃；c_n为n层材料的比热，J/kg·℃；ρ_n为n层材料的密度，kg/m³；a_I、a_II、a_III、a_IV分别为I-IV层的热传导系数，W·m²/(J)；x为水平坐标；l₁-l₄依次为防护服左边界到各界面距离，m；k_w、k_r分别为贴近环境一侧、贴近人体一侧织物的热传导率，W/m·℃；u_w、u_r分别为环境温度、贴近人体皮肤温度，℃。

二.求解温度分布模型的有限差分算法

建立一种科学合理的数学模型，用来快速建立温度与时间空间有关的状态方程模型。并利用离散网格化，快速得到合理的数值模型。

虽然温度关于时间和空间具有连续性，但是由于数据采集(外界温度、时间及织物层)问题，很难直接得到温度的函数解析式。我们提出一种离散化处理的方案。其基本思想是将时间、空间上中的连续物理量离散在各个节点上，用有限差分法求解物理量的数值解。该方法的关键是把连续问题离散化，将原方程的求解区域划分成差分网格，从而将复杂的微分问题转化为直观的代数问题以求得近似数值解。

(1)取

τ作为模型x方向和y方向的步长，则有关空间的一组平行直线

和有关时间的一组平行直线t＝t_j＝jτ(j＝1,2,3……)将(x,t)分割成矩形网格，节点为(x_i,t_j)，简记为(i,j)，得到分割后的网格图像。

然而，温度场的分割，横坐标是厚度变量x,纵坐标是时间变量t.每个点上对应的值就是该点对应的温度u(x,t)。目的就是得到温度场的解析式u(x,t)，由公式(1)可知，单位时间内通过垂直x方向的单位面积热量与温度的空间变化率呈正比关系，即流入的温度只跟厚度和时间有关，没有其他变量，所以可以直接以横坐标是厚度变量x,纵坐标是时间变量t.每个点上对应的值就是该点对应的温度u(x,t)。

(2)差分近似

在节点(i,j)处，针对

采用一阶向前差商公式，

针对

采用二阶中心差商公式，

则公式(4)式可以转化为：

令

公式(9)可转化为：

u_i,j+1＝b_i,ju_i+1,j+(1-2b_i,j)u_i,j+b_i,ju_i-1,j (10)

(3)条件处理

为了能够顺利求出偏微方程的解，还需要对偏微方程的定解条件进行离散化，则原定解条件公式(10)转化为：

其中

(4)求解步骤

对仿真模型进行时间-空间离散化后，可根据边界条件和初值条件，在时间节点和空间节点上逐层进行求解。具体求解步骤如下：

1：将温度场按区域分割法沿温度扩散方向以步长

划分网格，在时域上以步长τ划分网格，以此构成温度扩散平面。

2：将外界环境温度、初始温度及考虑对象不同时刻的温度作为初始条件，引入温度扩散模型，代入不同材质的热传导系数，以此构成具体的温度分布仿真模型。

3：利用智能算法，进行仿真求解，得到温度分布。

也可以理解为：

首先得到外界工作温度后，根据能量守恒定律可知，净流入介质的热量等于该介质在此段时间内温度升高需要的热量。公式为：

可知热量传到防护服后，必定会被高温防护服和人体吸收，然后将温度场按区域分割法沿温度扩散方向以步长

划分网格，在时域上以步长τ划分网格以此构成温度扩散平面，然后由热传导方程的温度模型：

其中针对

采用一阶向前差商公式，

针对

采用二阶中心差商公式，

初值条件：

边界条件：

界面条件：

式中：u为温度，℃；t为时间，s；n为织物层范围；k_n为n层材料的热传导率，W/m·℃；c_n为n层材料的比热，J/kg·℃；ρ_n为n层材料的密度，kg/m³；a_I、a_II、a_III、a_IV分别为I-IV层的热传导系数，W·m²/(J)；x为水平坐标；l₁-l₄依次为防护服左边界到各界面距离，m；k_w、k_r分别为贴近环境一侧、贴近人体一侧织物的热传导率，W/m·℃；u_w、u_r分别为环境温度、贴近人体皮肤温度，℃。

最后，引入温度扩散模型，代入不同材质的热传导系数，以此构成具体的温度分布仿真模型，利用智能能算法，进行仿真求解，得到温度分布。

在本实施例中，获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息，然后根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场，并通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面，之后根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型，并根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件，并根据所述织物层信息确定热传导系数，最后根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型，从而根据所述温度分布模型设计防护服的温度分布情况，在实现保护工作人员的安全的同时，提高工作人员的工作效率。

本发明所述基于高温防护服的温度分布模型构建装置的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为名称。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器镜像(Read Only Memory image，ROM)/随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于高温防护服的温度分布模型构建方法，其特征在于，所述基于高温防护服的温度分布模型构建方法包括以下步骤：

获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息；

对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件；

根据所述织物层信息确定热传导系数；

根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件的步骤，包括：

根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场；

通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面；

根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型；

根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型的步骤，包括：

对所述温度扩散平面进行空间区域分割，获得温度差分网格；

根据所述温度差分网格获取温度网格信息；

根据所述温度网格信息建立温度扩散模型。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模型构建温度条件包括初始条件、边界条件和界面条件：

所述根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件的步骤，包括：

根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息确定所述初始条件和所述边界条件；

通过所述温度扩散模型对所述初始条件和所述边界条件进行处理，获得所述界面条件。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息的步骤之前，还包括：

在预设时间阈值范围内采集外界环境初始温度信息；

对所述外界环境初始温度信息进行筛选，获得有效温度信息；

根据所述有效温度信息确定外界环境温度信息。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述外界环境初始温度信息进行筛选，获得有效温度信息的步骤，包括：

判断所述外界环境初始温度信息是否满足预设温度条件；

在所述外界环境初始温度信息满足所述预设温度条件时，对满足所述预设温度条件的温度信息进行筛选，获得选取结果；

根据所述选取结果确定外界环境温度信息。

7.如权利要求5-6任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述选取结果确定外界环境温度信息的步骤，包括：

根据所述有效温度信息，通过预设信息处理法确定外界环境温度信息。

8.一种基于高温防护服的温度分布模型构建装置，其特征在于，所述基于高温防护服的温度分布模型构建装置，包括：

获取模块，用于获取外界环境温度信息和高温防护服对应的织物层信息；

处理模块，用于对所述外界环境温度信息和所述织物层信息进行处理，获得模型构建温度条件；

确定模块，用于根据所述织物层信息确定热传导系数；

建立模块，用于根据所述模型构建温度条件和所述热传导系数建立基于高温防护服的温度分布模型。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于根据所述外界环境温度信息和所述织物层信息，通过离散处理法获得所述高温防护服对应的温度场；

所述处理模块，还用于通过有限差分算法对所述温度场进行转换，获得温度扩散平面；

所述处理模块，还用于根据所述温度扩散平面建立温度扩散模型；

所述处理模块，还用于根据所述外界环境温度信息、所述织物层信息和所述温度扩散模型确定模型构建温度条件。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述处理模块，还用于对所述温度扩散平面进行空间区域分割，获得温度差分网格；

所述处理模块，还用于根据所述温度差分网格获取温度网格信息；

所述处理模块，还用于根据所述温度网格信息建立温度扩散模型。

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