CN114354684A - 一种暖体假人潜汗模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种暖体假人潜汗模拟方法，采用不透气的涂层尼龙面料制作，利用缝纫机在面料表面按照一定的针迹密度进行均匀打孔，打孔的面料静置针孔慢慢恢复平整后，再将打孔的面料按照暖体假人的尺寸制作做成紧身衣形式，测量时穿着在出汗的暖体假人身上，即可模拟人体的潜汗蒸发，本方法实验方法简单，可以在原有暖体假人的基础上，扩充模拟人体潜汗的功能，操作方便，成本低。
Description
技术领域
本发明是一种暖体假人潜汗模拟方法。
背景技术
目前，国内外暖体假人的研究中，已制作了100多种实验用暖体假人；暖体假人的发展历程主经历了三个阶段；第一个阶段是1941年由美国学者Gagge及其研究团队提出的“clo”，即服装的热阻的概念，美国军需气候研究所研制出了第一代暖体假人，为单段暖体假人，用于做静态服装热阻的测试’早期的暖体假人一般都为军队服务，后来才逐渐扩展到其他领域，但目前暖体假人仍是试验军需品的重要工具；第二价段是暖体假人为分段式暖体假人，诞生于20世纪60年代，相比单段暖体假人的优点在于其每段都可以单独控制，独立加热，模拟人体一些简单的姿势，更真实地模拟人体体表的温度状态，可以进行服装的静态以及动态热阻测定；第三代暖体假人为出汗暖体假人，20世纪70年代由Goldman与Mecheels教授等联合制作的，第三代暖体假人与前两代暖体假人相比，可以更真实地模拟人体表皮的温度，测量服装的热阻更加准确。
我国暖体假人的理论研究和模型制作起步较晚，自20世纪70年代我国才开始重视暖体假人的研制，总后勤部军需装备研究所是当时最早一批研究暖体假人的单位，20世纪70年代，总后勤部军需装备研究所成功研制了恒温暖体假人,又在80年代研制了变温暖体假人,并广泛应用于各类特种服的研制；90年代起开始研究出汗暖体假人，并在2000年成功研制出出汗暖体假人测试系统，2002年中国香港理工大学的范金土教授发明了全球第一个用特种织物制作的暖体假人“Walter”，用于测量服装的热阻值和透湿性能。
目前的出汗暖体假人模拟人体出汗主要通过两种方式，一是在暖体假人外穿一件吸湿性材料的针织紧身衣，测量时将针织紧身衣浸湿即可在一定时间内保持假人皮肤表面湿润，达到皮肤出汗的效果；二是在假人表面设计出汗孔，测量时将水按一定的流量从孔排出，来模拟人体的出汗，由于出汗孔不会像真实人体一样具有足够的密度，通常还会在暖体假人外侧穿一件针织的紧身衣，使汗水能够在皮肤表面相对比较均匀地分布，以上两种方法均可以有效地模拟人体的显性出汗，但当人体处于安静、舒适状态时，人体的蒸发散热是以潜汗为主，即不感知出汗，汗水还没有在皮肤表面形成汗液就已经蒸发出去了，目前的出汗假人无法比较准确地模拟人体的潜汗蒸发，暖体假人“Walter”内部为水，虽然可能通过更换防水透湿材料的外皮来调节出汗量，但制作和使用外皮并不是很方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种暖体假人潜汗模拟方法，采用不透气的涂层尼龙面料制作，利用缝纫机在面料表面按照一定的针迹密度进行均匀打孔，打孔的面料静置针孔慢慢恢复平整后，再将打孔的面料按照暖体假人的尺寸制作做成紧身衣形式，测量时穿着在出汗的暖体假人身上，即可模拟人体的潜汗蒸发，具有实验方法简单，操作方便，成本低等优点。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种暖体假人潜汗模拟方法，采用不透气的涂层尼龙面料制作，利用缝纫机在面料表面按照一定的针迹密度进行均匀打孔，打孔的面料静置针孔慢慢恢复平整后，再将打孔的面料按照暖体假人的尺寸制作做成紧身衣形式，测量时穿着在出汗的暖体假人身上，具体包括以下步骤：
(1)对不同针号号型的缝纫机针进行实验，确定对涂层尼龙面料进行打孔处理所用的针号；
(2)通过测定仪测定不同针迹间距的完全不透湿尼龙面料的蒸发散热量，确定一个具体的针迹间距；
(3)在尼龙涂层面料上通过设定纵向间距(针距)及横向间距(针迹间距)利用缝纫机进行打孔，打孔后的面料放置18-30小时；
(4)待针孔稳定，利用仪器测量打孔的面料的蒸发散热功率，或将打孔的面料按照暖体假人的尺寸制作做成紧身衣形式，穿着在出汗的暖体假人身上，利用暖体假人的测量系统测量面料穿着在暖体假人身上后的蒸发散热功率；
(5)从上述步骤(4)所测得的数据中可以得到针迹间距与面料蒸发散热量关系的线性方程式为式1：
Y＝32.66-11.902·X
其中：Y—蒸发散热量，W/m2；
X—针迹间距，cm；
(6)根据Fanger的热平衡方程，通过皮肤表面的潜汗蒸发所散失的热量计算公式为式2：
Ed＝3.05×10-3﹒(256ts－3373－Pa)
其中：Ed—人体潜汗蒸发散热量，W/m2；
ts—人体平均皮肤温度，℃；
Pa—环境的水汽分压，Pa；
(7)根据步骤(6)中的热量计算公式可以得到在测试环境下的人体潜汗蒸发的热量，当需要的蒸发散热量的理论值与上述人体潜汗蒸发的热量相同时，利用式1可以得出针迹间距X，因此，当所述采用的针号的针迹间距与计算所得的X值时，即可用来模拟当前测试条件下人体的潜汗蒸发散热量；
(8)通过对所述步骤(7)中的针迹间距的面料做进一步验证测试，其蒸发散热量的测量结果与实际理论值进行对比，确定是否符合测量的误差要求。
进一步的，所述步骤(1)中的实验为测定不同针号打孔的面料与人体潜汗的对比，确定最适合用于模拟人体的潜汗的针号，所述针号为14号针。
进一步的，所述步骤(2)中的打孔后面料的蒸发散热量与Fanger热平衡方程的不显汗蒸发散热公式所计算出的通过人体皮肤表面的潜汗蒸发散热量的理论值最为相近，即用一定针孔分布规则的打孔面料来模拟皮肤的潜汗蒸发。
进一步的，所述步骤(3)打孔后的面料放置时间具体为18-30小时。
进一步的，所述步骤(3)中的纵向间距及横向间距中的其中一个间距为固定间距，另一个为非固定间距。
进一步的，所述步骤(4)中利用仪器测量打孔面料中不同间距的蒸发散热功率并记录，或利用暖体假人的测量系统测量面料穿着在暖体假人身上后的打孔面料中不同间距的蒸发散热功率并记录。
进一步的，所述步骤(4)中的仪器为织物保暖性测试仪。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明实验方法简单，可以在原有暖体假人的基本上，扩充模拟人体潜汗的功能，操作方便，成本低，为服装热湿舒适性的研究补充一个有效的新方法。
附图说明
图1是打孔操作示意图；
图2是针迹间距与蒸发散热量关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本发明所述的一种暖体假人潜汗模拟方法，采用不透气的涂层尼龙面料制作，利用缝纫机在面料表面按照一定的针迹密度进行均匀打孔，打孔的面料静置24小时，针孔慢慢恢复平整后，再将打孔的面料按照暖体假人的尺寸制作做成紧身衣形式，测量时穿着在出汗的暖体假人身上，即可模拟人体的潜汗蒸发：
通过测定不同针迹间距的完全不透湿尼龙面料的蒸发散热量，确定一个具体的针迹间距，使打孔后面料的蒸发散热量与Fanger热平衡方程的不显汗蒸发散热公式所计算出的通过人体皮肤表面的潜汗蒸发散热量的理论值最为相近，即用一定针孔分布规则的打孔面料来模拟皮肤的潜汗蒸发，面料打孔示意图见图1。
通过前期对不同号型的缝纫机针进行实验，发现采用14号左右的针对涂层尼龙面料进行打孔处理，效果最适合用于模拟人体的潜汗。
采用14号针在尼龙涂层面料上利用缝纫机进行打孔，设定纵向间距(针距)为4mm，横向间距(针迹间距)分别为0.5cm、1cm、1.5cm、2cm，打孔后的面料放置24小时，待针孔稳定。
利用仪器(织物保暖性测试仪)测量打孔面料的蒸发散热功率，测试环境的空气温度为19.5℃，相对相对湿度为60％，仪器测试表面热板的温度为32.6℃，测量结果见图2。
得到针迹间距与面料蒸发散热量关系的线性方程见式1：
Y＝32.66-11.902·X
式中：Y—蒸发散热量，W/m2；
X—针迹间距，cm。
根据Fanger的热平衡方程，通过皮肤表面的潜汗蒸发所散失的热量计算公式见式2：
Ed＝3.05×10-3﹒(256ts－3373－Pa)
式中：Ed—人体潜汗蒸发散热量，W/m2；
ts—人体平均皮肤温度，℃；
Pa—环境的水汽分压，Pa。
根据式2，在当前测试环境条件下，人体的潜汗蒸发量约为11.02W/m2，当需要的蒸发散热量的理论值Y＝11.02W/m2时，利用式1可以得出针迹间距X＝1.82cm，因此，当14号针的针迹间距为1.82cm时，即可用来模拟当前测试条件下人体的潜汗蒸发散热量。
通过对1.82cm针迹间距的面料做进一步验证测试，其蒸发散热量的测量结果为11.09W/m2，与实际理论值11.02W/m2，极为相近，误差仅为0.6％，完全符合测量的误差要求。
对于各种不同的测试环境，只需要利用此方法进行实验，得出最适合的针迹间距即可。
对于不具有出汗功能的暖体假人，可以首先给暖体假人穿上一个由高吸湿材制作的针织紧身衣，并将其完全浸湿，再穿上按照特定间距打孔的涂层尼龙面料制作的紧身衣，即可用来模拟人体的潜汗蒸发。
对于具有出汗功能的暖体假人，如果出汗假人外层具有针织材料的吸湿紧身衣，模拟时，直接穿上按照特定间距打孔的涂层尼龙面料制作的紧身衣，即可用来模拟人体的潜汗蒸发。
对于具有出汗功能的暖体假人，如果出汗假人外层没有其它覆盖材料，则首先要出汗暖体假人穿着一个高吸湿材料制作的针织紧身衣，再穿上按照特定间距打孔的涂层尼龙面料制作的紧身衣，即可用来模拟人体的潜汗蒸发。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非用以限制本发明的权利范围,任何以本申请专利范围所涵盖的权利范围实施的技术方案，或者任何熟悉本领域的技术人员，利用述揭示的方法做出许多可能的变动和修饰方案，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种暖体假人潜汗模拟方法，其特征在于，采用不透气的涂层尼龙面料制作，利用缝纫机在面料表面按照一定的针迹密度进行均匀打孔，打孔的面料静置针孔慢慢恢复平整后，再将打孔的面料按照暖体假人的尺寸制作做成紧身衣形式，测量时穿着在出汗的暖体假人身上，具体包括以下步骤：
(1)对不同针号号型的缝纫机针进行实验，确定对涂层尼龙面料进行打孔处理所用的针号；
(2)通过测定仪测定不同针迹间距的完全不透湿尼龙面料的蒸发散热量，确定一个具体的针迹间距；
(3)在尼龙涂层面料上通过设定纵向间距(针距)及横向间距(针迹间距)利用缝纫机进行打孔，打孔后的面料放置18-30小时；
(4)待针孔稳定，将打孔的面料按照暖体假人的尺寸制作做成紧身衣形式，穿着在出汗的暖体假人身上，利用仪器测量面料穿着在暖体假人身上后的蒸发散热功率；
(5)从上述步骤(4)所测得的数据中可以得到针迹间距与面料蒸发散热量关系的线性方程式为式1：
Y＝32.66-11.902·X
其中：Y—蒸发散热量，W/m2；
X—针迹间距，cm。
(6)根据Fanger的热平衡方程，通过皮肤表面的潜汗蒸发所散失的热量计算公式为式2：
Ed＝3.05×10-3﹒(256ts－3373－Pa)
其中：Ed—人体潜汗蒸发散热量，W/m2；
ts—人体平均皮肤温度，℃；
Pa—环境的水汽分压，Pa；
(7)根据步骤(6)中的热量计算公式可以得到在测试环境下的人体潜汗蒸发的热量，当需要的蒸发散热量的理论值与上述人体潜汗蒸发的热量相同时，利用式1可以得出针迹间距X，因此，当所述采用的针号的针迹间距与计算所得的X值时，即可用来模拟当前测试条件下人体的潜汗蒸发散热量；
(8)通过对所述步骤(7)中的针迹间距的面料做进一步验证测试，其蒸发散热量的测量结果与实际理论值进行对比，确定是否符合测量的误差要求。
2.根据权利要求1所述的暖体假人潜汗模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)中的实验为测定不同针号打孔的面料与人体潜汗的对比，确定最适合用于模拟人体的潜汗的针号，所述针号为14号针。
3.根据权利要求1所述的暖体假人潜汗模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中的打孔后面料的蒸发散热量与Fanger热平衡方程的不显汗蒸发散热公式所计算出的通过人体皮肤表面的潜汗蒸发散热量的理论值最为相近，即用一定针孔分布规则的打孔面料来模拟皮肤的潜汗蒸发。
4.根据权利要求1所述的暖体假人潜汗模拟方法，其特征在于，所述步骤(3)打孔后的面料放置时间具体为18-30小时。
5.根据权利要求1所述的暖体假人潜汗模拟方法，其特征在于，所述步骤(3)中的纵向间距及横向间距中的其中一个间距为固定间距，另一个为非固定间距。
6.根据权利要求1所述的暖体假人潜汗模拟方法，其特征在于，所述步骤(4)中利用仪器测量面料穿着在暖体假人身上后的打孔面料中不同间距的蒸发散热功率并记录。
7.根据权利要求6所述的暖体假人潜汗模拟方法，其特征在于，所述步骤(4)中的仪器为织物保暖性测试仪。
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