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国内外暖体假人的研究现状分析

发布时间:2015-06-27 09:49

  暖体假人的发展可分为三个阶段,1941美国耶鲁大学约翰皮尔斯实验室的学者盖奇等人在美国科学杂志发表一篇文章,提出了克罗值的定义,即,一个安静坐着或从事轻度脑力劳动的人(代谢产热量为209.2 KJ/m2.h),在室温21℃,相对湿度小于50%,风速不超过0.1 m/S的环境中感觉舒适时,所穿服装的热阻值为1克罗值。此单位将人的生理参数、心理感觉和环境条件相结合,可以被非专业人员理解和接受。美国军需气候研究所以此为理沦基础研制了第一代暖体假人。由于该暖体假人为单段假人系统,不能反应人体温度分布,只能用于服装热阻的一般测试,并得到静态服装热阻值。20世纪60年代人们研制了第二代暖体假人,即,多段暖体假人。每段的体表温度和加热系统单独控制,且假人本体可以模拟人体不同姿势,做一些简单动作,从而进行服装热阻的静态和动态测试。第三代暖体假人能模拟人体出汗,并可做较复杂的动作,能更真实地、更全面地反应人体、服装和环境的热湿交换过程,可对服装的热湿传递性能作出综合评价。20世纪70年代,使用出汗铜人对军服的透湿性能进行了研究,出汗暖体假人还用于民用服装热学性能的研究。迄今为止,全球已研发了100多个暖体假人。其种类有:干热暖体假人、出汗暖体假人、呼吸暖体假人、可浸水暖体假人、数值暖体假人、小型暖体假人、暖体假肢和假头。
  干热暖体假人可工作在三种方式下:变温、恒热和恒温状态。变温状态是基于人体在冷环境中的热调节模型,模拟真人群体在不同环境条件下皮肤温度的变化过程,是一个自然平衡的过程,因此变温状态具有近似真人的生理评价意义。恒热状态用于观察全身各部位散热条件的差异,是根据服装的热阻和环境参数,用设定的热流值来观察全身各部位散热的差异。恒温状态是将暖体假人各解剖段的体表温度控制在设定的范围内,使暖体假人进入一个动态热平衡状态。该方式用于测量服装的热阻值。按干热体假人的运动方式又可分为静态暖体假人和动态暖体假人。静态暖体假人有站姿和坐姿两种,站姿暖体假人主要用于服装保暖一lI+工l-白月匕e,评价,坐姿暖体假入主要用于机动车中热环境和机动车驾驶员热舒适性评价,也用于航天服的功能评价。各国的动态暖体假人活动部位不尽相同,但主要是肩关节、肘关节、膝节和踝关节可以活动,以模拟人体步
  行运动。动态暖体假人用于研究人体运动、风速等对服装保暖性的影响。干热暖体假入主要用于干热状态下测试服装的热传递性能。根据其在恒温状态下测量服装热阻的基本原理,将假人置于人工气候室中,以一定的的功率加热假人本体,并通过上位机控制使其表面温度稳定在33℃左右,根据其表面温度与环境温度的差及其加热功率计算服装的热阻。
  由于干热暖体假人只能在非蒸发散热范围内模拟人体的生理反应(如皮肤温度、热量散发等),在热环境和运动条件下,人体主要是靠蒸发散热来维持热平衡,因此为研究服装的热湿传递机理和对服装的热湿传递性能作出综合评价,从1988年起,学者们又开始了出汗暖体假人研究。它是在暖体假人的表面覆盖一层模拟皮肤,再以某种方式模拟人体出汗。模拟出汗的方法主要有:①外部喷水法。是在假人表面喷射蒸馏水模拟皮肤出汗,然后穿上衣服,使平均皮肤温度上升到一定水平,在各部位开始干燥和皮肤温度升高之前完成所有的测试。这种准稳态过程非常短暂,不好明确定义,无法满意地、可重复地测量蒸发阻力和透湿指数;②内部供水法。这种方法是在假人本体内部安装供水和控制装置,使假人在整个测试过程中皮肤表面保持湿润,能模拟人体出汽态汗的状态,主要在冷环境或舒适环境下对职业防护服装的热湿传递性能进行测试。
  可呼吸的暖体假人主要用于室内工作环境的研究与室内空气品质的评估。可呼吸暖体假人的基本结构与暖体假人相同,它也有加热及控温装置,除此之外,其内部还装有一个人工肺,由装有活塞的气缸组成,活塞由电动机驱动,每分钟呼吸次数和肺通气量(升份)都可以控制,口腔或鼻子的大小和形状对测试结果有影响。
  可浸水暖体假人是在暖体假人的基础上,加上防水密封装置,使假人具有防水功能。主要用于测试潜水服、水上救生衣在冷环境下的防护功能pll。测试时,将着装的假人浸入水中,保持恒定的水温,记录假人皮肤表面温度、环境温度和各区段的加热功率,计算潜水服的总热阻值。实验证明湍流会大大降低潜水服的总热阻,水波的高度也能降低潜水服的总热阻[32-33]。通过浸水暖体假人测得的热阻值还可用于预测服装在某一环境下的耐受时间。
  数值暖体假人是在计算机上利用“虚拟”的假人进行工效学研究。由于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics:CFD)技术在各行业都得到了越来越多的应用,运用计算机技术来对人体进行仿真也成为可能。与传统暖体假人相对,数值暖体假人是通过求解一系列偏微方程实现假人周围传热传质的模拟。
  如果输入特定的坏境参数和服装的热学性能,数值暖体假人能对人体的传导、对流、辐射和蒸发等所有的散热进行计算,从而某环境的热舒适和空气品质进行评价。
  小型暖体假人平躺在保育箱内,其测试方法和大型暖体假人一样。它一般由6个加热区段组成,即头、左上肢、右上肢、躯干部、左下肢、右下肢。由于婴儿的质量与体表面积的比例比成年人大,所以小型暖体假人的干态散热量比大型暖体假人大,其评价指标热阻和大型暖体假人相比没有太大的区别。小型暖体假人主要用于评价新生儿的热环境,尤其是低体重婴儿。
香港挂牌全篇之官网  暖体假头、假手‘421、假脚等主要用于头盔或头饰、手套、鞋的评价和指导产品开发。暖体假头由头颅、面部和颈部组成。三部分单独加热,独立控制。假头可在恒温和恒热方式下工作,测试结果以面部温度下降的程度表示头盔热舒适性能。暖体假手由八块组成:即大拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌、手背和手腕。测试时暖体假手放在一个小盒子内,手腕露在外面,最后以手套的传热系数和局部传热系数来表示手套的隔热性能。手掌和手背的传热系数较低,食指、中指和无名指次之,大拇指和小指最高。暖体假脚由八块组成:即脚趾、脚底、脚后跟、脚中部、脚踝、下小腿、中小腿和防护段。为模拟出汗,假脚包括5个汗腺:分别位于脚趾、脚底、脚踝、脚背、侧边踩。将纯棉袜穿在假脚上,以便让水分布到全脚。评价指标有热阻、湿阻和透湿指数。如果和气动活塞相连,还能模仿人体行走。


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