CN112883591A - 高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置，将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。有效利用微分方程和差分方程推导出热量变化模型，得出各层温度的变化拟合方程，在拟合出各层的温度变化后，得到高温作业服装的温度分布及状态分析，该计算过程简便结果明确，便于快速实现对高温防护服性能分析。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置。
背景技术
在高温环境下工作时，人们需要穿着专用服装以避免灼伤。运用数学或科学的方法研究热防护服装，旨在揭示热防护织物内部的热传递规律，为热防护服装的研发提供科学参考。热防护服装是应用最广泛的特种防护服装，目前关于更多热防护服装的设计集中在热防护性能测定、建立热防护服装内部传热模型、发展测定热防护性能的试验方法和实验装置和热防护服装舒适性评价等.合理地评价热防护服装的热防护性能对减少工作人员皮肤损伤具有重要意义。
众多研究者对热防护服装设计及热防护性能问题进行了研究。吴茜研究了平板织物保温性能测试仪的仪器结构，然后在此基础上自行研制了可时、动态显示热板散热功率、织物表面温度的织物热传递性能测试仪，结果显示，该测试仪与常规平板织物保温性能测试仪的测试结果相接近。朱方龙等人应用有限差分法对隔热防护织物的有效导热系数模型进行数值分析.通过数值求解传热方程，计算出织物的稳态有效导热系数，获得了织物纱线结构模型与Beer定律计算得出的辐射透过深度与辐射衰减程度关系有良好一致性的结论。潘斌对单层热防护服装热传递模型进行介绍，并通过对空气层和皮肤层的热传递数学模型及烧伤评价模型等的研究，结合烧伤准则提出了相关反问题。苏云等人阐述了热防护性能测试中空气层的作用以及空气层热传递机制和空气层热传递模型的研究现状的基础上，提出不同条件下空气层传热模型建立的基本思路，并对未来消防服衣下空气层热传递机制的研究动向做出了预测。朱方龙建立纯火焰对流作用下消防服传热模型，分析火焰与服装织物外层之间的换热边界条件，运用实验法确定火焰换热系数经验式，研究衣下微气层传导对流传热特征。田苗等人从模型的建立及验证2方面出发，主要对传热模型、皮肤烧伤预测模型和火场环境仿真等相关研究进行回顾，并对典型模型的发展过程、特点和不足进行归纳。戴政等人引入大面积防热结构的一维传热假设，依照航天器再入大气层的温度条件，建立了防热结构一维非稳态传热的物理模型和封闭的控制方程，使用差分方法求解方程，进行一维非稳态的传热分析，并采用商业有限元软件ABAQUS的传热分析进行验证.得到了航天器再入大气过程中多层防热结构的各层温度分布。上述方式的计算过程太过复杂，由此可见，如何快速实现对高温防护服性能分析是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置，其目的在于在确保准确度的基础上，简化对高温防护服性能分析的计算步骤。
本发明采用的技术方案如下：
本发明第一方面实施例提出了一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法，包括：
将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；
基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；
根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。
根据本发明的一个实施例，基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型包括：
沿热量传播的深度方向取任意微元，计算所述微元获得的热量；
针对不同的预设温度变化，计算的微元获得的热量；
根据所述高温作业服装的导热系数、比热容以及微元的截面积，利用微分方程进行热传导方程的推导；
根据连续热量的边界条件对所述热传导方程进行数值解。
根据本发明的一个实施例，基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型包括：
当温度达到稳态时，根据从正到负的跳变点计算所述折线的所有分立频点；
根据所述连续热量的边界条件得到最终解中的线性和常数部分，得到稳态解，整体的最终解为一条折线；
根据所述最终解中的线性和常数部分得到暂态解，
将所述暂态解代入热量连续的边界条件，并联立两个边界条件等式，得到等效长度和透射系数，并将其写成对称的矩阵；
对所述矩阵进行求逆计算。
根据本发明的一个实施例，根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程包括：
建立差分方程数学模型，并计算高温作业服装的每层厚度每增加0.1mm的温度变化；
绘制厚度-时间-温度的三维图；
将高温作业服装的每层温度单独进行拟合，分别得到对应于每层的折线图和线性方程；
将每层的折线图和线性方程进行整合得到温度变化折线图。
本发明第二方面实施例提出了一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置，包括：
转换单元，用于将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；
计算单元，用于基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；
确定单元，用于根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。
根据本发明的一个实施例，所述计算单元包括：
第一计算模块，用于沿热量传播的深度方向取任意微元，计算所述微元获得的热量；
第二计算模块，用于针对不同的预设温度变化，计算的微元获得的热量；
推导模块，用于根据所述高温作业服装的导热系数、比热容以及微元的截面积，利用微分方程进行热传导方程的推导；
第三计算模块，用于根据连续热量的边界条件对所述热传导方程进行数值解。
根据本发明的一个实施例，所述计算单元还包括：
第四计算模块，用于当温度达到稳态时，根据从正到负的跳变点计算所述折线的所有分立频点；
第五计算模块，用于根据所述连续热量的边界条件得到最终解中的线性和常数部分，得到稳态解，整体的最终解为一条折线；
第六计算模块，用于根据所述最终解中的线性和常数部分得到暂态解，
处理模块，用于将所述暂态解代入热量连续的边界条件，并联立两个边界条件等式，得到等效长度和透射系数，并将其写成对称的矩阵；
第七计算模块，用于对所述矩阵进行求逆计算。
根据本发明的一个实施例，所述确定单元包括：
建立模块，用于建立差分方程数学模型，并计算高温作业服装的每层厚度每增加0.1mm的温度变化；
绘制模块，用于绘制厚度-时间-温度的三维图；
拟合模块，用于将高温作业服装的每层温度单独进行拟合，分别得到对应于每层的折线图和线性方程；
整合模块，用于将每层的折线图和线性方程进行整合得到温度变化折线图。
本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现根据第一方面中任一项所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法。
本发明第四方面实施例提出了非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现根据第一方面中任一项所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法。
本发明的有益效果：
本发明实施例提供的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置，有效利用微分方程和差分方程推导出热量变化模型，得出各层温度的变化拟合方程，在拟合出各层的温度变化后，得到高温作业服装的温度分布及状态分析，该计算过程简便结果明确，便于快速实现对高温防护服性能分析。
附图说明
图1示出了本发明实施例提供的一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法的流程图；
图2示出了本发明实施例提供的一种热传导简化图；
图3示出了本发明实施例提供的一种计算高温作业服装各层的热量变化模型的流程图；
图4示出了本发明实施例提供的一种微元的示意图；
图5示出了本发明实施例提供的另一种计算高温作业服装各层的热量变化模型的流程图；
图6示出了本发明实施例提供的一种确定高温作业服装各层温度变化方程的流程图；
图7示出了本发明实施例提供的一种厚度-时间-温度瀑布三维图；
图8(a)-8(d)示出了本发明实施例提供的高温作业服装各层温度变化曲线图；
图9示出了本发明实施例提供的一种温度变化折线图；
图10示出了本发明实施例提供的另一种温度变化折线图；
图11示出了本发明实施例提供的一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置的组成框图；
图12示出了本发明实施例提供的另一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置的组成框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法，如图1所示，包括：
101、将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换。
在执行图1所示的方法之前，需要对所构建的模型进行假设及相关说明，具体如下：在实施例执行过程中，是以高温作业服装有3层为例进行的说明，但是该种说明方式并非意在限定高温作业服装仅能包含3层，还可以为2层，或者4层等等，具体的实现方式可以进行类推，本发明实施例对高温作业服装的层数不进行限定。
为保护高温工作者的人身安全，采用专门材质制作的高温作业专用服装由此诞生，在此背景下，以体内温度控制在37℃的假人为载体，并在特定高温环境下，对经过防护服传热到假人皮肤的整个热传导模型进行研究，以此来判断此种高温作业专用服装的设计是否合理并进一步提出优化建议。
本发明实施例的目的在于研究特殊环境作业服装的问题，该问题中提到的高温耐热服装由三层组成，记为I、II、III层，Ⅰ层与外界接触，Ⅲ层与皮肤接触且有间隙，间隙设为Ⅳ层，通常考虑高温防护服的设计问题常关注的点有：服装的材料，服装厚度，服装耐热性对于不同空间位置的差异性，以及服装处于非稳态导热的时间问题，该问题给出了防护所有层的比热、导热率、密度，以及一组导热——时间的实验样本，由此看出主要研究的问题就是服装温度的变化与II、Ⅳ厚度，时间之间的关系，简称为T～T(t,d1,d2)关系模型。
在构建高温作业服装各层温度分布分析模型之前，需进行下述模型假设：
(1)热传递为垂直于皮肤方向进行，故可视为一维的；
(2)热防护服所用材料是各项同性的；
(3)热传递过程，材料的结构几乎不变，其中曲折系数可视为常数；
(4)该系统使用假人为模型只考虑热传递、热传导及外界环境的热对流现象，不考虑湿传递，即忽略水汽、汗液的影响；
(5)热传递和辐射热传递到编织物的过程中是均匀的，假定防护材料没有发生热溶解；
(6)防护材料之间，防护材料与空气层之间，空气层与假人之间的温度变化都是连续变化的，但温度阶梯式跳跃的。
假设当中外界环境的温度恒为75℃(348K绝对温度)，此温度为一个相对较低的温度，根据物理知识可知，此时热对流以及热传递所发生的热量，相对于热传导所发生的热量比较小，因此可忽略不计。又由于外界是一个相对而言比较大的环境，因此我们假定其温度保持不变，一直保持75℃处于稳态，要求将假人体内温度控制在37℃(310K绝对温度)。将热量的传导简化成为图2流程图。
102、基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型。
103、根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。
本发明实施例提供的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置，有效利用微分方程和差分方程推导出热量变化模型，得出各层温度的变化拟合方程，在拟合出各层的温度变化后，得到高温作业服装的温度分布及状态分析，该计算过程简便结果明确，便于快速实现对高温防护服性能分析。
进一步的，作为对上述实施例的细化，如图3所示，本发明实施例在执行基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型时，包括：
201、沿热量传播的深度方向取任意微元，计算所述微元获得的热量；
沿着深度方向切出一个粗细均匀的小长条，因为对称性，沿着垂直于深度方向传播的热量可以忽略不计，可以使用一维导热的模型，对于任意一段均匀的物质，取任意一个微元，如图4所示。
202、针对不同的预设温度变化，计算的微元获得的热量；
根据能量守恒，左侧流入的热量，减去右侧流出的热量，得到这个微元获得的热量，获得热量导致温度升高。
203、根据所述高温作业服装的导热系数、比热容以及微元的截面积，利用微分方程进行热传导方程的推导；
按照导热定律，单位时间流入/流出的热量与温度梯度有关，即
其中，C为导热系数，s为微元截面积。则在微元内积蓄的热量可以用二阶偏导数表示为
按照比热容的定义，单位时间内积蓄的热量导致温度上升，微元内积蓄的热量也可以表示为
其中，c是比热容，s是截面积，ρ是物质密度。
令式(1)(2)两式相等，消去公共项，得到方程：
记
则方程(3)化为
204、根据连续热量的边界条件对所述热传导方程进行数值解。
对于温度变化问题来说，整个分布分成不连续的四段，每段分别符合上面的方程，其中，参数k的取值不同，将四个函数记为T1,T2,T3,T4，它们都是x和t的二元函数，为了方便起见，每段的x都用相对于当前段左边界的距离表示，温度用与37℃的差表示。方程的边界条件为：
Tk|t＝0＝0 (5-1)
T1|x＝0＝T0 (5-2)
可以利用上述的方程进行数值解，也可以利用傅里叶变换来求取解析解。
进一步的，作为对上述实施例的细化，如图5所示，本发明实施例在执行步骤基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型时，包括：
301、当温度达到稳态时，根据从正到负的跳变点计算所述折线的所有分立频点；
对于温度变化分析问题来说，t→+∞时，会达到稳态，稳态下可以得到
是个常数，根据前面的边界条件，可以得到最右侧温度达到最终温度时，整体的最终态是一条折线，斜率满足AkCk＝Ak+1Ck+1，根据条件可以解出最终解中的线性和常数部分。
302、根据所述连续热量的边界条件得到最终解中的线性和常数部分，得到稳态解，整体的最终解为一条折线；
扣去最终解中的线性和常数部分的解称为暂态解，根据线性方程可加性，它同样满足原方程，写成：
303、根据所述最终解中的线性和常数部分得到暂态解；
304、将所述暂态解代入热量连续的边界条件，并联立两个边界条件等式，得到等效长度和透射系数，并将其写成对称的矩阵；
305、对所述矩阵进行求逆计算。
代入x＝0，有：
换元令s＝ω2
则
当μ|x＝0＝0时，G(s)＝0，即有F(ω)+F(-ω)＝0类似的，在μ|x＝D＝0时，有
对于中间的连续条件，有
一阶导数的边界条件：
代入x＝d有
令s＝ω2
则
代入热量连续的边界条件，由于形式是拉普拉斯变换，只有H(s)相等时结果才相等，因此有：
联立两个边界条件等式，则
解得
令
分别称之为等效长度和透射系数，并将其写成对称的矩阵形式
将这个等式从n＝1开始反复代入，直到得到n＝5，可以得到
其中U是某个2*2的矩阵，与ω取值有关
代入最右侧条件，得到
考虑到左侧的条件，两个条件同时成立，仅当
展开得到一个多个正弦相加的式子，当该式值0时F(ω)在该点有一个冲激函数的取值。
最后，这些F(ω)要满足t＝0时的初值条件。虽然这些F(ω)对应的复正弦函数不一定完全正交，但仍然可以使用积分法来估计它的值。
将初值条件重新改写为
其中ψ取值是0到1。对于某个ω，可以计算出内积：
(注意：函数g与f的内积是
)
因为形式原因，可以解析地求出积分的结果，是一个复数，这里不具体写出表达式，记为bn(ω)
同样，对于两个频点ω1和ω2，也可以计算它们的内积：
(注意，根据频率是否相等，结果表达式不同，相等时积分等于1，否则是两个指数相减乘以系数)
记为
an(ω1,ω2)
假定已经求出
Fn(ω)＝ηn(ω)F1(ω) (22)
则相同频点的内积之间是联动的，利用内积关系列出矩阵方程：
AF＝B
其中
通过矩阵求逆就可以求出F的取值。
本发明实施例中，步骤303执行求解暂态解时，可以采用但不局限于下述方式，即半数值求解暂态解：
假定所有的参数已知，在确定等效长度和透射系数的基础上，可以通过以下的方法求出暂态解，从而得到温度随时间的变化关系：
1.首先根据前面的稳态解方法计算出稳态解，应当是一条折线；
2.找出分立的频点。在一定的ω范围内，按照较小的步长，通过式(17)计算F5的系数，并验证是否满足式(18)，找出使式(18)从正到负的跳变点，在该处有一个符合条件的零点。找出所有这样的点并保存。只计算正的频率，ω＝0不包含在内；
3.对于每个符合条件的零点，设Fi(ω)＝i，通过式(17)计算出F2,…,F5与F1的比例关系(复数)；
4.计算内积矩阵和结果的内积向量；
5.通过矩阵求逆求出F1(ω)，从而得到Fi(ω)。
6.可以将该过程编写为一个固定函数，返回频点和对应系数。
为了得到拟合假人的参数。根据稳态模型，可以得到
是个确定的常数，给出任意一个D5和
的取值，都可以得到一个皮肤表面的温度变化函数，用来和目标函数拟合。可以通过梯度下降法拟合，如下所示：
1.取一个很大的D和很小的k作为初值；
2.计算当前值得到的温度变化函数，对两个函数的函数值的差平方再求和，称为残差；
3.略微减小D，计算残差的变化；
4.恢复D的值，略微增加k，计算残差的变化；
5.结合3和4中得到的残差变化，计算出最快下降的梯度方向，沿着梯度方向改变两者的值；
6.回到2，直到残差足够小。
进一步的，作为对上述实施例的细化，如图6所示，在根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程时，包括：
401、建立差分方程数学模型，并计算高温作业服装的每层厚度每增加0.1mm的温度变化；
表2、专用服装材料的参数值
可以通过厚度-时间-温度的瀑布模型来直观的观察稳态到达的时间及温度。
402、绘制厚度-时间-温度的三维图；
利用matlab进行绘图，图形如图7。
403、将高温作业服装的每层温度单独进行拟合，分别得到对应于每层的折线图和线性方程；
通过观察数据结果，可以发现大约在30分钟时，各层的温度就已达到稳态，最终得到的各层温度变化曲线为折线，所以只需选取出每一层最终达到稳态时的数据结果，即将运行结果中外界、Ⅰ层、Ⅱ层、Ⅲ层、和Ⅳ层的温度单独列出进行线性拟合，分别得到四个折线图和线性方程，如图8(a)、8(b)、8(c)、8(d)所示。
404、将每层的折线图和线性方程进行整合得到温度变化折线图。
温度折线拟合模型为：
用Matlab将其进行整合，就得到图9以及图10所示的温度变化折线图。
综上，与已有技术相比，本发明实施例的有益效果体现在：
1、基于微分方程和差分方程结合热扩散原理，可以推导出各层温度变化模拟方程，其次借助于MATLAB多次拟合出各层的温度变化情况，并通过方程及图示演示了稳定状态下各层温度渐变折线及图示，得到专用服装的温度分布。模拟实验结果验证了方法的可行性。
2、模型从物理实际出发，运用能量守恒，基于微分方程和差分方程再结合Matlab进行计算。所建立模型简单易懂，具有理论科学性和实验演示可观性，适合在生活实际中进行推广应用。
与上述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法相对应，本发明还提出一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置。由于本发明的方法实施例与上述的方法实施例相对应，对于装置实施例中未披露的细节可参照上述的方法实施例，本发明中不再进行赘述。
本发明实施例还提供一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置，如图11所示，包括：
转换单元51，用于将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；
计算单元52，用于基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；
确定单元53，用于根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。
本发明实施例提供的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置，有效利用微分方程和差分方程推导出热量变化模型，得出各层温度的变化拟合方程，在拟合出各层的温度变化后，得到高温作业服装的温度分布及状态分析，该计算过程简便结果明确，便于快速实现对高温防护服性能分析。
进一步的，如图12所示，所述计算单元52包括：
第一计算模块521，用于沿热量传播的深度方向取任意微元，计算所述微元获得的热量；
第二计算模块522，用于针对不同的预设温度变化，计算的微元获得的热量；
推导模块523，用于根据所述高温作业服装的导热系数、比热容以及微元的截面积，利用微分方程进行热传导方程的推导；
第三计算模块524，用于根据连续热量的边界条件对所述热传导方程进行数值解。
进一步的，如图12所示，所述计算单元52还包括：
第四计算模块525，用于当温度达到稳态时，根据从正到负的跳变点计算所述折线的所有分立频点；
第五计算模块526，用于根据所述连续热量的边界条件得到最终解中的线性和常数部分，得到稳态解，整体的最终解为一条折线；
第六计算模块527，用于根据所述最终解中的线性和常数部分得到暂态解，
处理模块528，用于将所述暂态解代入热量连续的边界条件，并联立两个边界条件等式，得到等效长度和透射系数，并将其写成对称的矩阵；
第七计算模块529，用于对所述矩阵进行求逆计算。
进一步的，如图12所示，所述确定单元53包括：
建立模块531，用于建立差分方程数学模型，并计算高温作业服装的每层厚度每增加0.1mm的温度变化；
绘制模块532，用于绘制厚度-时间-温度的三维图；
拟合模块533，用于将高温作业服装的每层温度单独进行拟合，分别得到对应于每层的折线图和线性方程；
整合模块534，用于将每层的折线图和线性方程进行整合得到温度变化折线图。
通过具体实施例及其结果可知，基于微分方程和差分方程的高温作业专用服装各层温度分布分析模型能够对专用防护服的各层温度进行准确有效计算，模型简单易于计算且有充足严谨的理论支持，适用于快捷准确高温作业中防护服各层温度分布情况分析及演示。在具体实施例中，模型基于各层材料性能计算出各防护层内外温度及变化情况，从而对高温作业专用服装的整体性能进行科学评价和有效检测。
此外，本发明还提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现上述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法。
根据本发明实施例的计算机设备，存储在存储器上的计算机程序被处理器运行时，将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。有效利用微分方程和差分方程推导出热量变化模型，得出各层温度的变化拟合方程，在拟合出各层的温度变化后，得到高温作业服装的温度分布及状态分析，该计算过程简便结果明确，便于快速实现对高温防护服性能分析。
此外，本发明还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，存储在其上的计算机程序被处理器执行时，将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。有效利用微分方程和差分方程推导出热量变化模型，得出各层温度的变化拟合方程，在拟合出各层的温度变化后，得到高温作业服装的温度分布及状态分析，该计算过程简便结果明确，便于快速实现对高温防护服性能分析。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法，其特征在于，包括：
将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；
基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；
根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。
2.根据权利要求1所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法，其特征在于，基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型包括：
沿热量传播的深度方向取任意微元，计算所述微元获得的热量；
针对不同的预设温度变化，计算的微元获得的热量；
根据所述高温作业服装的导热系数、比热容以及微元的截面积，利用微分方程进行热传导方程的推导；
根据连续热量的边界条件对所述热传导方程进行数值解。
3.根据权利要求2所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法，其特征在于，基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型包括：
当温度达到稳态时，根据从正到负的跳变点计算所述折线的所有分立频点；
根据所述连续热量的边界条件得到最终解中的线性和常数部分，得到稳态解，整体的最终解为一条折线；
根据所述最终解中的线性和常数部分得到暂态解；
将所述暂态解代入热量连续的边界条件，并联立两个边界条件等式，得到等效长度和透射系数，并将其写成对称的矩阵；
对所述矩阵进行求逆计算。
4.根据权利要求3所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法，其特征在于，根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程包括：
建立差分方程数学模型，并计算高温作业服装的每层厚度每增加0.1mm的温度变化；
绘制厚度-时间-温度的三维图；
将高温作业服装的每层温度单独进行拟合，分别得到对应于每层的折线图和线性方程；
将每层的折线图和线性方程进行整合得到温度变化折线图。
5.一种高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置，其特征在于，包括：
转换单元，用于将温度在高温作业服装各层的热量传导进行简化转换；
计算单元，用于基于微分方程以及差分方程计算高温作业服装各层的热量变化模型；
确定单元，用于根据所述高温作业服装的材料参数值以及所述热量变化模型确定高温作业服装各层温度变化方程。
6.根据权利要求5所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置，其特征在于，所述计算单元包括：
第一计算模块，用于沿热量传播的深度方向取任意微元，计算所述微元获得的热量；
第二计算模块，用于针对不同的预设温度变化，计算的微元获得的热量；
推导模块，用于根据所述高温作业服装的导热系数、比热容以及微元的截面积，利用微分方程进行热传导方程的推导；
第三计算模块，用于根据连续热量的边界条件对所述热传导方程进行数值解。
7.根据权利要求6所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置，其特征在于，所述计算单元还包括：
第四计算模块，用于当温度达到稳态时，根据从正到负的跳变点计算所述折线的所有分立频点；
第五计算模块，用于根据所述连续热量的边界条件得到最终解中的线性和常数部分，得到稳态解，整体的最终解为一条折线；
第六计算模块，用于根据所述最终解中的线性和常数部分得到暂态解；
处理模块，用于将所述暂态解代入热量连续的边界条件，并联立两个边界条件等式，得到等效长度和透射系数，并将其写成对称的矩阵；
第七计算模块，用于对所述矩阵进行求逆计算。
8.根据权利要求7所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建装置，其特征在于，所述确定单元包括：
建立模块，用于建立差分方程数学模型，并计算高温作业服装的每层厚度每增加0.1mm的温度变化；
绘制模块，用于绘制厚度-时间-温度的三维图；
拟合模块，用于将高温作业服装的每层温度单独进行拟合，分别得到对应于每层的折线图和线性方程；
整合模块，用于将每层的折线图和线性方程进行整合得到温度变化折线图。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现根据权利要求1-4中任一项所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法。
10.非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1-4中任一项所述的高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法。
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| CN202110320558.8A CN112883591A (zh) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | 高温作业服装各层温度分布分析模型的构建方法及装置 |
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2021
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