出汗模拟装置的研制.pdf

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1、纺织学报第二十一卷第三期 出汗模拟装置的研制 李学东黧兵张渭源 ( 求华大学) 【摘要】本文叙述了出汗模拟裴置的原理、特点和装置的研制，蠛拟装置采用心脏外循环供血系缀 蛉蠕动裂，定量增压、限痣并选用由天然纤维组成的人建皮肤，模拟人体出野通过计算机控制箍境，对 系统进行定时德环采样并且自动进行数据采集、分析、计算并打印出嫡果。其温虔控制精鏖小于1 0 1 。 关键词：人体出汗模拟装置控制豢统试验研制 辛謦分娄号：T s1 0 3 。6 3 服装傈疆值和服装透湿指数楚衡量服装舒 适性能的薅个重要指标，这联个指标可以定量 地描绘服装中的热、湿传递。暖体假人是进行服 装热学性能琴 究鹃重要溅试设备，它

2、戆耩确魏 测量出服装的热学性能。目前，暖体假人测量服 装傈暖值的技术融趋完善，虽然很多试簸室对 测量遗湿指数的如、圩模拙装援进露过璎剃，劳 建立过人体出汗模拟模型，但是由于服装中的 热湿传递+ 分复杂，是麓在暇装热滏传递闻题 的研究中作有限的应用。 出汗模拟装鬣是测蘑服装材料热湿性能的 试验设备，它能定量地谬份其透湿楼齄。褥出基 际公认的服装材料透湿指数( ，。) 。出汗模拟袈 麓是一个复杂的穰按设备，蔫以模拟人体皮肤 滠度和散热，利熙嫩汗模拟装置进行热学性能 实验，有利于探索出汗循环系统的方案选择，为 琏 手籁入懿磅割撵供试验参考菝据。毒浮模攒 裴置是研制出汗假人的前提基础，它的研制为 在出

3、汗假人理论横型的建立，基础数据韵积累 以及出汗假人整体技本赛旌方寨的确定其毒重 要的实用意义。 一、出汗模拟装置原理 蒸发散热是绻持人体热平衡的重要方式， 人体出汗是蒸发教热的生要形式。浮懿产生秽 蒸发是人体最有效的温度控制机能。出汗现象 翻控翻汗液产生的生理调节系统和汗液蒸发的 物理过程两躲分组成。如汗摸拟装置要奄产热 和出汗功能。在W i n d o w s 界面下，计算机自动 拄制挪热系统和出汗系统，出汗系统根据人体 生理出 于量进行横拟。 增 压 矗 漉 翻l 谗汗模叛装置耀理鹜 I 。出汗模拟装置本体；2 加热电源 3 计算机控制系 统 4 = 露辕鑫设备| 5 承慑强控耱系绞l6

4、，增疆酲 流系统。 装置采翔僵潼农箨提供一定潼发静蒸镶承 ( 戏生理盐水) ，通过蠕动泵进行增雕和限流，采 稍微机闭环控制温度，自动调节系统。( 觅图1 ) 象模拟人一服装一环境的热交换过程，势以人 体体表单位面积的蒸发散热擞，皮肤与环境水 汽压差及l 嚣装榜辩隔热馕等耨理参数之瓣的关 系，计算透湿指数。 透湿指数是实际蒸发散热量与其备糯当于 憨瞩热值湿球鲍蒸发散热量之毙，装遥过下式 计算： c l o t 一6 4 2 A ，( E 一瓦d ) H d ( 1 ) z 。一 日。c l o r 6 4 2 A ，一( 7 一咒) 2 2 ( 尸。一丸P o ) ( 2 )万方数据 PDF W

5、atermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 0 年6 月 式中：日。假人穿有干燥“皮肤”的输出功率 ( w ) ；H 。一假人穿有湿“人造皮肤”的输出功率 ( w ) ；T ，一不出汗时假人的体表温度( ) ；A ， 假人体表面积( m 2 ) ；T 。一出汗时具有“皮肤”的 假人体表温度( ) ；7 0 一不出汗时环境空气温 度( ) ；T 。一出汗时环境空气温度( ) ；P ，一 丁，时的饱和水气压( m m H g ) ；P 。一L 时的饱 和水气压( m m

6、H g ) ；丸环境相对湿度( ) ； c l o t 一服装和边界空气层总隔热值( c l o ) ；，。一 透湿指数。 把以上公式输入计算机，当系统平衡时，计 算机根据采集到的信号，经过转换代入公式，计 算出透湿指数。 二、系统组成 出汗模拟装置由本体结构、出汗循环系统 和计算机测温控制系统组成。 1 本体 出汗模拟装置本体的代谢产热、体表温度 分布、皮肤辐射系统等均符合人体生理特点。分 为头部、胸部和背部三个独立发热区段。本体各 区段由玻璃钢骨架、保温层、阻燃绝缘层、发热 层、测温材料、铜质壳体、辐射涂层、出汗皮肤及 填充材料等组成( 见图2 ) 。 2 出汗循环系统 出汗模拟装置的出汗

7、循环系统由水恒温控 制系统、循环水增压限流系统和出汗管路循环 系统组成。 囝2 出汗模拟装置本体剖面结构 1 出汗管路；2 出汗皮肤；3 温度传 感器；4 铜壳；5 辐射涂层 6 康铜 电热丝；7 阻燃绝缘层；8 金属棉 9 玻璃钢骨架，1 0 填充材料 ( 1 ) 水恒 温控制系统： 出汗模拟装置 是模拟人体局 部的设备，出 汗循环与本体 表面温度应保 持一致，为确 保供水水温恒 定，选用电热 恒温水浴箱控 制出汗循环水 并且采用蒸馏 水防止出汗管路老化、堵塞。 ( 2 ) 循环水增压限流系统和出汗管路循环 系统：采用心脏外循环供血系统的智能型蠕动 泵对出汗循环水进行限流量控制，确定出汗量。

8、 供液流速范围：0 9 0 0 m l h ，供液流量显示范 围：0 9 0 0 m l 。 采用特制的医用塑料管作为出汗管路循环 系统，并且根据人体生理特征，分布出汗孔。 3 出汗皮肤选用 出汗皮肤应具有保水量大，具有较好的吸 湿性( 较大回潮率) 和扩散性，有较好的弹性，织 物表面滑爽性好，无钩丝现象。织物厚度适中， 确保既有较大的保水性，又不至于影响体表面 积，织物颜色为浅色或白色，使出汗状况显而易 见。经对试样保水量试验如下( 见表1 、2 ) 。 表1 试样结构参数 名称组织结构横密纵密克重厚度备注 ( 纵行5 e r a )( 横行5 c m ) ( g m 2 ) ( m m )

9、 模拟皮肤里层粉条棉毛针织物双罗纹 8 39 02 3 80 8 3含5 氨纶 模拟皮肤外层白色纬平针织物 纬平针6 48 81 6 0 0 6 台5 氨纶 试验条件：环境温度为1 7 5 ；相对湿度 为6 6 ；环境风速小于0 1 m s 。 试验步骤：( 1 ) 将试样( 2 0 2 0 c m ) 在正常 干燥状态下分别称重w ，( g ) ；( 2 ) 将试样漂洗， 并在水中充分润湿；( 3 ) 将试样垂直悬挂，并计 时；( 4 ) 经过t 时间对试样称重w 。( g ) ；( 5 ) 分别 求出试样的保水量( g ) 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO

10、 : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十一卷第三期 表2 试样保水量试验 白色纬平淡黄色粉条棉毛深灰色仿 针织物针织物针织物鹿皮织物 w 】( g ) 6 48 0 5 2 09 5 3 3 61 0 ，4 0 3 8 t = 6 9 m i n ，W ? ( g ) 2 2 7 2 6 8 2 3 4 3 8 5 8 6 03 0 1 4 8 9 保水量 16 31 8 1 7 1 42 9 0 5 2 41 9 7 4 5 1 t l7 5 m i n ，w 2 ( g ) 1 6 42 1 6 8

11、 9 85 4 ，5 3 3 02 6 ，9 3 4 5 保水量 1 01 36 3 7 82 4 9 9 9 4 1 6 5 3 0 7 嚣怒 使控制精度达到要求，系统采用位式P I D 运算 方式，并采用高速通断、无触点控制。 ( 2 ) 控制参数：体表恒温温度控制范围为 0 5 0 ；温度控制精度 1 0 1 ；温度分辨 率为0 0 1 ；当温度变化1 0 C 时，过渡响应时 间 2 小时。 ( 3 ) 操作系统程序设计：温度控制软件平 台是出汗模拟装置测温系统的重要组成部分， 在设计开发过程中力求简洁、系统、实用。能为 减轻试验者提供一个全面的操作环境。在总体 结构上，设计了系统封面、

12、参数设置、假人显示、 测量显示及假人测量显示等五大功能模块。 上级微机系统软件采用V B 软件编程， V i s u a lB a s i c 是微软公司推出的一套完全独立 的，用于开发W i n d o w s 应用程序的高效开发工 具，它具有可视化的面向对象，采用事件驱动方 式的结构化高级程序设计语言，提供了新颖易 用的可视化设计工具，支持动态链接库( D L L ) ， 动态数据交换( D D E ) ，对象的链接与嵌入 ( 0 l ，E ) 以及开放式数据库访问( O D B C ) 等技 术，可以高效、快速地建造出W i n d o w s 环境下， 功能强大，图形界面丰富的应用软件

13、系统。 下级智能终端微机，采用汇编语言编写采 样、信号输入、信号输出。在软件设计中，温度采 样每4 0 秒钟刷新一次，并送上级机保存。各点 温度如果都控制在设定温度的1 0 5 内，连续 采样九次，如果达到要求，计算机才计算，。值。 如果在九次采样过程中，有一次超出设定温度 的1 0 5 ，J 。值不计算，计算机将重新控制温 度平衡，重新开始采样。这样保证了透湿指数 J ，值的准确性。 三、出汗装置试验 出汗量与出汗时间选择：从出汗方案和建 立的透湿指数计算模型可以知道，在特定环境 条件下，裸体出汗假人在J 。值的测试时要求全 身出汗状态进行。经过多次试验，选其中三点总 结如下( 见表3 )

14、：( 环境温度为2 5 ；湿度为 5 0 ；风速d 0 1 m s )( 下转第5 5 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark ( 主接莓4 9 嚣) 衰3 出汗装置试验 出汗量出汗速度出汗时间L 计算的稳定时间 出汗部位备注裸体L ( m 1 )( m l h )( r a i n )( h ) 舞鹅曹 3 0 0 9 0 02 0l 头、鹣、背蚜有部分来湿瘸 O ，3 5 汰 _ 黼惰 5 0 09 0 0 3 0 1 5 全身湿润，未有多余水分

15、滴下 0 ，5 头胸背7 0 09 0 04 61 5 三个部位均湿透且有水滴下 0 5 1 经过霓十次实验，警使蔫本窭浮装置耗满 澡各部位的最适当出汗灏为5 0 0 m l ，出汗速度 9 0 0 m l h ，出汗时间3 0 m l n 左右。从邀试验中得 爨续论：( 1 ) 接割 手萤魏蠖出浮皮羧在尽量娥 的时间内达刘全部润潞，此时又无多余水分流 下，定义该出汗为最大供水量。( 2 ) 模拟出汗时， 擞浮量蔻以全身滤显为簇裂，出浮澍闻以较赡 为好。( 3 ) 出汗量在小于最大供汗量丽不是以润 瀑各部位整体时，不同的出汗量造成不同的润 蠛丽积，因两造戚j ，测试结果不准确。( 4 ) 输送

16、 静承分夫于最大供汗量辩，毒汗量静多步与浏 试结果无关，澜湿面积已遮最大值。 四、小缝 出汗模拟装置采用蠕动泵及人造皮肤，根 据人体生理特征，定量供汗，保证了出汗装置的 盘汗童更接近入落出释量。在计算辊自动控裁 系统进行加热平衡、采样计算潋程中，提嵩丁温 度控制精度，使整个系统稳定、可靠，计算结果 重复馕好。幸 萋撬撵 搴采霉天撬对话，赛蠢方 便、直观。该装置对探索出汗假人的技术实施方 案具有嫩要的实用价值。 参考资料 1 L ，橱特，N R s 箨利斯合著，曹俊周译：服装的 舒适与功能，纺织工业出版社，1 9 8 4 。 2 C h a r l e sP a r l y 蒲，粱念蓉等译：V i s u a lB a s i c V e r 3 0 程序设计大全，北京电子出版社，1 9 9 5 。 3 王榴瑞等编著：单片微机测拄系统设计犬垒， 她京航空航天大学出舨社，1 9 9 8 。 4 吞幽，委佐予：有关和服面辩蒸发热转穆特性的 圆筒模拟实验一皮肤湿润状惑的影响纤维制品 消赞科学( J P N ) ，1 9 9 5 ，3 6 ( 1 3 0 3 7 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark