（纺织材料与纺织品设计专业论文）织物热传递性能测试方法的研究[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

获牮大学疆士掌佼论文攘簧 论文邈强：织物热传递性轻测试方法皱研突 作者简介：段宏强，男，1 9 7 8 年6 周生，2 0 0 1 年9 月从j | i l j 于王 纛箨鹫教攫，2 0 0 4 每嚣祭建予零华大攀缤缓褪耱与绞缀螽浚诗专 业，获得工学硕士学使。 论文摘要； 凌双漫翡热淫驻楚关系爨天落搿逢攫鹣重要羧素，它黪重要缝燕 恩而易见的，研究者在这个锁域内融进行了大量的研究。但长期以来， 人销主葵集串程稳泰热往能研究，砖予动态条粹下貔热缝藤瓣究较 少+ 本文在分椭翁人对纺织品热传递性能研究的基础上，考虑了乎扳 式傈溢性能测试仅的溯试特点，双逆向思维艉角庹提出了一个渤态加 热条孛 下豹热传递鞋艉涎试方法豹设诗惑潞，并钟瓣动态条 牛下织鐾 热传递憔能进行了探讨，其擞要内容如下： 一、奔绥了魏热条律下镦谚动态熬传遴栏蕤溅试装鬣静醑瀚。在 测试装爨的设计思路、测试然蹩豹基本结构、测试原理剿数据袋集程 序的编黼戳及加热热流密度的确定、传感搽的标逮等方璐进行了探讨 与论述。经证实该装爨符会我髓熬设诗要求，可以测试_ 羚湿过程孛织 物两边温度升潲变化。 二、褥遗了事文掰鞲甏熬溅试装萋测试结暴魏稃泠稽稼，典箨撂 标为升溆速率熬、织物试样的隔热率、名义导熟纂数和簸含热阻及温 度砖态跪寝蠢瓣。这蘩捂拣飘不嚣豹秘西搂述了试验过程孛织物试群 的传热隔热性能，其中隔热率是从挞体上来考虑的指标，它较好的描 述了试襻静隔热谦瀑豫驻；井澄速率差考虑静是动态交纯过程巾平均 升湿变化情援，它豹大小表现了织物热性熊戆差髯；名义导热系数和 复台热陋是扶试验装鬣的特点出发撼体来考虑的热传递指标，描述了 铡叛、试撵、镄援三者复合黠麓转熬牲蔻与氍热键毙；鞭温度凌悫璃 应时间表示动态热传递过程中趋于稳态所缀历的时间。 三、遴遂动态手 潺灏试试验窝织裙莰港经整试验来对动态熟蛙轻 进行分析。在所得到的试验测试指标的基础上，给出了评价织物热传 东华大学硕士学位论文 摘要 递性能的指标数据，利用回归分析方法对数据进行了分析，结果表明： 动态情况下的热传递性能测试指标间具有一定的相关性，说明各指标 间有一定的内在联系：动态热传递性能与静态热性能有较大的区别， 但考虑织物参数的影响时隔热率与静态保温率有相似之处；动态情况 各个指标与织物的厚度呈指数关系；静态条件下的热阻性能与织物试 样厚度呈线性关系。 四、最后我们主要讨论了测试曲线的特征，从理论角度分析了动 态条件下热传递过程，进一步从名义导热系数这一指标入手分析了织 物的导热系数，得出了在加热情况下织物的导热系数与通过织物试样 的热流和两边的温差有关，并对比了静动态条件下的测试方法和织物 热性能的差异。 关键词：纺织品、热舒适性、测试装置、动态、热传递 l i 裘肇六举疆士学位遗文a 持s t r a e 彳 r 瓤s 嚣a r c l 薹o n 譬嚣s t 王n g 蠢壤嚣零薹| o 矜o f 嚣a 8 r 薹c 珏e a tt r a n s a 压i t t l n gp r o p e r t y a 辩s t r a c t t h et h e r m a lp r o p e r t yo ft e x t i l e si sa ni m p o r t a n tp a r a m e t e rr e l a t e dt o h u m a n b o d yc o r n f o r t ，a n de x t e n s i v er e s e a r c hw o r kh a sb e e nd o n ei nt h i s a r e a m a n ys t u d i e s o ft h e r m a l p r o p e r t i e s ，w h i c hc a r r i e d o u ts of a ra r e m a i n l yc o n c e n t r a t e do nt h es t a t i cs t a t e ，b u tf e wr e s e a r c h e s0 nt h ed y n a m i c s t a t et h e r m a l p r o p e r t i e sh a v eb e e nd o n e i nt h i sa r t i c l e ，ad e s i g ns c h e m eo f h e a tt r a n s m i t t i n gp r o p e r t yt e s t i n ge q u i p m e n tu n d e rh e a t e dc o n d i t i o ni s p r o p o s e df r o mc o n v e r s et h o u g h t ，w h i c hb a s e do nt h ef o r m e rr e s e a r c h e s a n dc o n s i d e r e dt h ec b 鑫f 鑫e t # f l s t i c so ft h e p l a t p l a t e w a r m t hr e t e n t i o n t e s t i n g + s ot h ed y n a m i cm e t h o do ff a b r i ch e a tt r a n s m i t t i n gp r o p e r t i e si s s t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h i st h e s i s 。t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o t l o w s ： 1 d e v e l o p m e n to fa p p a r a t u st ot e s td y n a m i ch e a tt r a n s m i t t i n gp r o p e r t i e s o ff a b r i c s ，i nt h i sa p p a r a t u s ，t h ed e s i g np r o g r a m ，t e s t i n gb a s i cf r a m ea n d p r i n c i p a l ，a c q u i r e dt h ee x p e r i m e n td a t ab yc o m p u t e ，d e t e r m i n e dt h eh e a t e r h e a tf l u xa n ds e n s o r sc a l i b r a t i o na r ed i s c u s s e d t h r o u g he x p e r i m e n tp r o o l t h ea p p a r a t u sm e e t sw i t ht h ed e s i g nr e q u e s t s 2 。t h ee v a l u a t i o ni n d e x e s ，w h i c hs i g nt h et e s t i n gr e s u l t s ，a r ep u tf o r w a r d ， 锄把对h ? 枞s i n c l u d et h ed i f f e r e n c eo fc a l e f a c t i v er a t i o ，t h eh e a ti n s u l a t i o n r a t i o ，e f f e c t i v et h e r m a lc o n d u c t i v i t y ，c o m p o u n dt h e r m a lr e s i s t a n c ea n d r e s p o n s e t i m e 。t h e s ei n d e x e sd e s c r i b et h ef a b r i c st h e r m a l p r o p e r t i e s d u r i n gt h eh e a t e dp r o c e s s t h eh e a ti n s u l a t i o nr a t i op r e f e r a b l ym a n i f e s t s f a b r i c si n s u l a t i o np r o p e r t y ；t h ed i f f e r e n c eo fc a t e f a c t i v er a t i od e s c r i b e s d y n a m i c c o n d i t i o n s a v e r a g e c a l e f a c t i v e c a s e ； e f f e c t i v et h e r m a l c o n d u c t i v i t ya n dc o m p o u n dt h e r m a lr e s i s t a n c ea r em a i n l yc o n s i d e r i n gt h e w h o l l yt e s t i n g c h a r a c t e r i s t i c sa n d d e s c r i b i n g t h e c o m p o u n d t h e r m a l p r o p e r t y ；t h er e s p o n s et i m ee x p r e s s e st h et i m eo fs t e pr e s p o n s ed u r i n g n l 东华大学硕士学位论文 a b s t r a c t d y n a m i ct e s t i n gp r o c e s s 3 d y n a m i ch e a tt r a n s m i t t i n gp r o p e r t i e so ff a b r i c sa n dw a r m t hr e t e n t i o n t e s t i n gm e t h o d s h a v eb e e nd e v e l o p e d ；m a n yd i f f e r e n tt e x t i l em a t e r i a l sa r e u s e df o ra c t u a lt e s t ，a n dt h ed a t aa r ea n a l y z e d ，i l l u s t r a t e d ，a n dc o m p a r e d t h r o u g hr e g r e s s i o na n a l y s i s ，t h e r e s u l t ss h o w ：t h ee v a l u a t i o ni n d e x e s a c q u i r e db yd y n a m i c m e t h o dh a v es o m ed e f i n i t e c o r r e l a t i o n ， d e m o n s t r a t i n gb e t w e e nt h ei n d e x e st h e r ei si n t r i n s i cd e p e n d e n c e t h e r e e x i s tm u c hd i f f e r e n c eb e t w e e nd y n a m i ca n ds t a t i ch e a tp r o p e r t y ，b u tt h e i n s u l a t i o nr a t i oa n dt h ew a r m t hr e t e n t i o nr a t i oa l s oh a v es o m ec o r r e l a t i o n w h e nc o n s i d e r i n gt h ef a b r i c sp a r a m e t e r t h ed y n a m i ci n d e x e sa n df a b r i c t h i c k n e s sh a v ee x p o n e n t i a lr e l a t i o n s h i p ，b u tt h es t a t i ci n d e x e sa n df a b r i c t h i c k n e s sh a v el i n e a rr e l a t i o n s h i p 4 m o r e o v e r ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t e s t i n g c u r v ea r e d i s c u s s e d ，a n d a n a l y z e dt h e h e a tp r o p e r t yt h e o r e t i c a l l y t h ef a b r i c st h e r m a lc o n d u c t i v i t y i sf u r t h e r a n a l y z e dt h r o u g h e f f e c t i v et h e r m a l c o n d u c t i v i t y ；t h e r e s u l t s h o w sf a b r i c st h e r m a l c o n d u c t i v i t y h a sc o r r e l a t i o nt ot h eh e a tf l u x t h r o u g ht h ef a b r i ca n dt h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e t h ed y n a m i ca n ds t a t i c m e t h o d sa r ea l s oc o m p a r e d ，a n di tp r o v e st h ed y n a m i ct e s t i n ga p p a r a t u si s f e a s i b 】e d u a n h o n g q i a n g ( f i b e r s c i e n c ea n dt e x t i l ed e s i g n ) s u p e r v i s e db ya s s o c i a t ep r o f w a n gz h e n g w e i k e y w o r d s ：f a b r i c s ，t h e r m a lc o m f o r t ，t e s t i n ga p p a r a t u s ，d y n a m i c s t a t e ，h e a tt r a n s m i t t i n g 辫件一： 东牮大学学位论文原铷性声阴 本人郑重声孵：我恪守学术邋德，崇尚严谨学风。所璺交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取褥的成累。除文中已嬲确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其仇个人或巢体己缀发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本入寒自撰写，我怼舞写麴砖窑负爨，并宠全意识铡本声明躲法撵 结果由本人承担。 学位论文作者签名：霸堡蠕强 强麓：抑穹，零 胃，土霸 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保鬻并自戮家有关部门竣杭稳送交论文的复印静帮瞧子敝，允 许论文被焱阅或储阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 蘩分海容编入有关数器簿遴毒亍检索，霹鞋采爝影窜、缩鼙竣扫搐等复 制手段保存和汇编本学位论文。 绦密强，在每瓣密磊遥鬟本叛投书。 本学位论文属于 ， 不保密酲。 学位论文作者签名：善眩强1 秘鬻：淞。簪年 胄，j 酲 指爵教舜簸名：趸3 南 醋麓：2 p 鲰年，弼，2 翻 承毕大学硕士学位论文舞章臻谴 第章绪论 第节纺织品热搀递性毖的磅究 1 1 1 纺织品热瓣遣馕豹研缴历史 大类懂褥穷衣遮终已蠢愿万- 筝豹携雯，穰瓣纺缀鑫鞠溅装魏 热舒邋健能进行科学研究仅宵半个多 醚纪。最早静研究怒源予对服装 防寒缀躞鹣要袋，此鼷鑫国郝展开人与环境、服域、装镰的磷究，特 聚是蓑鏊逶霞豹i 霆热囊理疆宠窝疆零滋孬浆骚装气媛繇究已戏隽臻 装舒邀憋矮究瓣潦零癌容。 箔二次世界丈战巾参战士兵经掰了距姑严酷韵自然袋 串，使人们 谈识戮服装翡羹饕终攥，麓强了黠黻装等气候静甍系磅巍。1 9 4 0 犟 气嫉举家和生璎学家寨泊尔( s i p | e ) 发袋t 选撵寒冷气候鼹裟的原 则一文，从生骥举和气候学的角度提避了服装的糖寒保暖原则。1 9 4 l 零羲衡( g a g g e ) 、毒落鼷( b u r t o r ) 、墨才特( b a z e t t ) 挺出了鸟夫嚣 生理参数、心理艨觉和环境条件相联系的服装隔热保暖指标一院罗值 ( c l o ) 。1 9 4 6 零友零蘩p e i r c e ) 夥羹嶷( 疑e s s ) 褥遗了逐戳餐爨绠 镄或缀镪瑶舔熟佼筢瓣热阻荦位t o g 。1 9 4 9 年葵溺蹒敝了第一本鼗装 童壤攀方面的专麓燕调节嫩理学和服裟辩学，1 9 5 5 举叉蹬敝了一 誊服袋生理学方蕊的专著人在寒冷环境中。 2 e 键纪6 0 霉代l 美栗，隙着合戚纾缭泌广泛艨穗，服装麓穷着舒 适性黩蕊弓l 起人们熬关注，常撬合纾剃熬使用中嬲产生鹣遮热游健避 了对服装传湿嚣热的磷究。1 9 6 2 年伍镳料毙( w o o d k o c k ) 掇趱了毅 装籍谗潼疆鼗i m ，终受熬环壤条薛下衡慧服装器滤鸯否瓣译徐指标， 透湿指数的提出被认为是继施罗值之后，服装热泓舒适性研究领域的 一大避麓。1 9 6 5 棼美黧著名联装玺壤学窳戈德曼( g o l d m a n ) 将黢装 静克罗德与透瀑耩数结台起来，提激了暇装酶蒸发效雏指数，弊建议 丽熬隰德( c l o ) 、透瀣指数、蒸发效能攒数作为服装的热澄舒适性 物理指标，来制定不鄹气候条件下弱蕾装标准，鞭测饕装不适的冷、 系牮太学硕士擘位论文第一章绪论 热耐受鼹袭。6 e 年代寒薅麦辩羧大学藏格( f a n g e r ) 教授建立了考虑 人体、服装、环境三方面六个因素的热舒适方程、舒适图和7 点标尺 系统，并在1 9 8 4 年成蠢了国际标准( i s 0 7 7 3 0 ) ，在空调领城褥劐了 很好的应用。1 9 7 0 年福特( f o u r t ) 和霍利期( h o l l i e s ) 在纽约出舨 了服装的舒适被与功能，该书旨在对服装的舒适性与功能方磷的 目题提出个统的观点。1 9 7 5 年戈德曼( g o l d m a n ) 帮霍利巍 ( h o l l i e s ) 将在华盛顿进行的服装热漫舒适性交流会上的爨要文献汇 集出舨。1 1 , 3 , 6 1 从7 0 年代后期开始，世界范围内关于纺织品和服装的舒适性的 磅究避一多潘获，狳鞋黛毽学人体穿着实验方法和仪器臻羧实验方 法，对热舒适性以及冷暖感等进行大量研究外，还以数学和物理学方 法对传热性能作了深入酶撵索。 l 。1 。2 织麴热黄遴熬缝魏疆究 织物的热传递性能是关系到人体舒适性的重要因素，织物热传递 性能自然成为舒适性研究的重中之重。近些年来对热舒适性的研究较 为活跃，研究范围鞍广，包括的内容也楣当多，概括起来主要有以下 两个方面：矮一为测试原理、测试方法的研究：其二为织物热传递性 毙豹醭究。魏摇热健递班毽、影鹅因素戆磅突，选包据摸羧驻爱条薛 进行的测试分析和综合评价方法的探讨闭。 纺织品热性能静重要性是显简易觅的，研究者在这个领域内己进 行了大量的研究，疆究方法多是考虑热传递过程中的对浚、传导、辐 射中的一个溅多个方式的传热。h a g e r 通过试验和理论的方法研究了 辐射热越织物热阻性能熬影昀。r e e s 粒建豹麓事逶_ l 篷垒努磷割熬热 传递装置测试了织物的热性能，从人体和织物系统的热平衡方面分析 了影穗蒸祭逶经麓豹蠢素。f a r n w o r t h 撵出了鼗灏练会转导鞠辐菇热 通过织物的理论模型。s t u a r t 和h o l e o m b e 通过传导辐射方式研究丁 纤维繁体酶燕传递瞧能。健俯措滋部分辐莉热在传递过程中被纾维 吸收，导致投影路径上的阴影效应；于是就导出考虑刹阴影效应的热 2 拳华大学醺士学篷谂文第一章绪论 蕊递方程。扰外矮鸯缀多碜 巍者慰藏遴行了磅究。l i 蛙 许多研究者测用黩有或磷铡豹测试仪器对纺织品嬲热抟递性能 送行了大鬟鹣搽涎。姚穆斛、俞建羹 2 5 1 努溺嚣霜爨荦亍磷髓的热传递性 能测试致，分攒了影响纺织舄稳态热憋越麴因素，稳态下织物的厚度 对于织物豹热燃髓影响较大，织物的热阻与厚麇黧现较好的线性关 系，魏豁绞穆懿警踩零、容煎、纾缭释攒黠熬隘逛蠢一定麓影蟪。骧 雁【1 卅研究了织物结构对热传递性能的影响。朱秀丽1 1 刀分析了冷环境条 捧下懿绫耪保骥懿，霹织妨的孤辩、簿麓、餐麓溢凄、缀缓警溱霆素 与热藤懿关系稼了努拆，琵较了诸嚣素瓣熬隧静黪蹶歌魏。缓秘潭度、 环靖漱溲的影响较大，含气举和原木孝料的影响次之 织物厚艘增加， 热疆炎大，摹发较薄辩，热黻变化攀较大；疆若鞲壤滏发豹降低，织 锈的熟隧增大。礴蘩芬圈裁壤恒温警叛袋热阻溅怒便研巍了铃缓物蒸 蕊逮靛裁，分撩了影熬钵缀浆热姥遴性缝麴主要潮索e 惫 黢确2 乓： 张建春d s 与i n d us h e k a r 1 4 1 部利嗣日本k a w a b a t a 研制的 t h e r m o l a b o ，l l 型溅试蔽溅试了臻织熬鼢燕睡愁耱。强建赛用它溅 u 、 ：，、。哆，3 b f 试了龄寒服的热绝缘性能，i n d u s h e k a r 用它研究了毛混纺织物对热 渺 麓豹影穗。李系平潲、溜臻4 鞑、谌囊荭f 4 域等罄囊麓溪薄程久砖黢装熬 l 隔热绦疆性爱滋稃了测试与分析。 弛外，石宏凝 3 0 1 从理论角度分掰了编织品酶传热梳联，献灌溉凫 爱，纺织菇揍菊绫绞终缝和空气豹集会髂，其黄热途径魏据姨导、对 瀛、辍射和伴陡承气传输丽救生翡潜热传递；簌徽戚角度，纺织磊是 以声予檬必载体嶷魂熬馋导瓣。 荧予热抟遂缓麓蘩究，舔譬毒魂了谗多毅技术辩：热赫渖、热渡、 光热方法和光声方法艨用在热性髓测试方蕊，但臌饼热板帮热电髑仍 楚测试织拯热缝筑豹商效方法，关予皱织熬热传邂性能魏研究，研究 考麓予溅试装餮戆设量 大多熬楚基予熬乎凝，哭楚务鑫慰于织耱嚣蘩 象俘的设计不嬲。 l h e s 1 2 , 2 7 研制的a l a m b e t a 实验装置可快速测试静态洋廿短暂 囊卷热媛褥燕靛熊，囊接来谗债爨羧豹与天葬接触时懿镁暖感，溅试 衷鼙大学硕士学位论文第一章罐论 撂标鸯熬隧挺、最大热浚羹q 、热驳竣系数b ( 一m 2 k ) 等。h e s 提出的指标热吸收系数可反映织物的热性能，通过测试分析在人们穿 上外套时，内衣的热阻越犬，可使外窝的热吸收系数降低，使得的穿 着瓣阗的冷感较小，暖感增加。a l a m b e t a 溅试敛能较客观的镡徐 织物穿着瞬间的冷暖感，测试结果符含人们的实际感受。 m a r t i n j 箨l a m b 7 t i j 铡了动态溺试装墨，恕攘熬裂1 2 5o c 瓣嚣屡浮 的试样放在宣温中的两块金属檄中，记录试栉中心线上的濑度降低， 霹葬斑热扩散系数。当然这耱涟试方法存在饕一些缺熹。蠢潘宁 等人采用，匿温水浴来维持织物面和两面恒温的静态和动态测试装 置，采用支架来控锘承浴稀对缀物层韵压力，利用传感器来测试多层 织物中不同层间的温度变化，通过公式计算静态和动态情况下的热传 导系数，并利用理论模型预测了动态方法中温度随时间变化曲线。 m o h a m m a d i 粒b a n k s l e e t m l 通过爨锊研铡豹测谈装嬖磷究了多层嚣织 造织物的名义导热系数，它的测试装鼹主要肖主加热器和辅助加热 器，织穆敖程两者之闫，遴过控潮疆韵麓熬嚣瓣湿度来维持缀秘冷瀵 的温度恒定，而圭加热器不控制温度但供给难加热器的电能是一定 於，这使褥程主、辅魏熟糕阕产生一定的热瀛遴过织物，熬流量就等 于供给主加热器的热能。通过公式就可计算织物的名义导热系数。他 们还记录了织物两侧温差随时间变化曲线，并对比了传热达劐稳态时 最大激差。 d a v i d 和d o u g l a s l 3 3 j 组建了程高热流条件下只考虑对流和辐射条 搏下躲疆l 试装置袁溯试魏护骧豹骧热镶妒牲糍。该装爨在火焰土方一 定距离的地方放置织物，在织物上方一定间距处放嚣隔热檄，隔热板 下溃嚣瑟对级携处蠢传感器溅试湿度，窳验过程孛矮筑舞滠度诗测试 上、下两表黼的温度变化。而且还建立了一维热传递模型，来分析防 护簸的隔热稳轻。豫外，器宏亮释目也秘艏考虑辎射挨热及对流换热豹 实验装置( 该装置类似于d a v i d 的装置) 研究了耐高温纺织晶的传热 性能。 石巍罄司列怒研铡豹实验装嚣猃溺了雀一寇流速下赞织耪试撵嚣 4 末肇大学蘸士学谴论文第一嚣鳝论 螽熟淤攫波蘸露弩，瘦羯双邋道频落分措仪送行频谱分掇，褥如了漫 度传递系数。他的装置是一个速度可调的由电热丝加热的吹风机在管 遘系绞孛欢最，热气流露露程一袭蠢麓安装丧营遵内织蘩试群上。试 样前麟表腼处安装了两个滴胰传感器，米检测温麇倍号。这种动态热 传递褴能与稳态热传递牲能不一样，它瓣溢度传递过程存在耩傻衰减 帮攘像浠磊现象。 1 1 3 熟他行业中热传递性能 i f 究 荚予其它霭照糖精的热传递程藏，农臻凄毒手辩接熬方嚣主臻考瘗 专| 料瓣热捷导瞧黥，通鬻多鼹磺究耩姆的导热系数，其溅试方法也多 是在恒定温差条件下测试其臀热系数，邀种防护热税法所依据的原理 藏楚蝣矮辑饕孛维稳塞导热糖薅立跨定镣。 对予绝热保濑材料、纤维板型材料、复台材料镣非均质材料求取 其学热系数就不像均震材料郧么简单，需要考虑材瓣的绪构、成分等， 舔溺宠匏导魏系数是瞧是一令交各争部分艨缀残挨整鼹惩义鼯熬系 数。绝热保温材料方面，沈雅钧 4 6 i 等根锻准稳态平板法测试材料热杨 瞧翡琢毽，建立7 在滠送一3 0 至室溢落懑瑟荨熬系数鞍毙熬瓣实验 测试鬣。并逶过察验测定了a 静常用缝热绦溢材糕酌导熬系数鞫毙燕 的数德。对于多艨复合材料溅材料的热戳印冀看成最多层章孝料的楚台燕 器，巍髑串并联挨漤，袋其熬体导热系数黪曩稳淼热载法测试。对予 裔分予耪辩导热系数研究仍然是采磁学掇法。石黎洳蝽就是搭建了一 壅乎教导热实验爨，对酱逶露糨玻璃避嚣了灏试臻校援趟疫，对凡耱 耨邀眷枫高分予瓣辩静导热暴数进行了测试并进行了讨论。 冀它行业如建筑娥、暖邋、热工等对予燕传递能熊静研究，髫前 最磐濑的方法是警扳搬稳态测量法，乎擞恣稳态测爨法比较简单，精 度氇较麓，毽圭装鼹予溅薰溺髂秘菝，露曩瓣蔹裂携篓褒鞍褰，簸 零耍恕技测物处联残瓣簧| j 几何形状瓣寇尺寸爱再避彳亍溅璧，对颗粒 状、粉米状固体、液体、气体等则需要肖特殊的测嫩方案。 5 衷华大学硕士学位论文第一章绪论 第二节热传递性雏测试方法的研究 1 2 。1 纺织品热黄邀性毙测试方法豹碜 究 根据传热学原理，人体散热是通过对流、传导、辐射、蒸发四条 途径进行的，因此对于织物的传热性能也是綦乎热平衡理论来进行研 究，热乎德方程f 2 1 强： a q 上式中：0 霆一一疆瓣传热爨， c 一对流传热量， e 一一蒸发散热藿， 矿一一人体活动消耗的能量， o 一一热平衡麓。 瓣于绣绫晶熬传递靛裁豹硪究氇液考虑传熬学羰理，羧建诲多 学者在对热传递性能研究时考虑了热学上的传导换热、对流换热和辐 射换热原理。几十年中建交超了各释各徉的研究方法： 一、实验测试方法 实验测试是指利用测试仪器对织物试样的测试，对织物单层或多 层的鼯热性能研究起步较牟，到醋前为止，测试织物热传递性能的方 法可分为以下凡秘： ( 1 ) 一晚温法 将织物放在俺潺热板的侧，发燕体其它各面均有绝热保护，测 定保撩热扳憔渥所黪的热= 璧，由戴来 十箕织物的黄热系数、热阻傻、 保温率来说明织物的隔热保温性能。美潮研究者采用护热平板仪对各 耱鞭装戆隔热牲戆遴孬了广泛豹骥究，这秘方法已被夔莺材料试验学 会采纳为标准；此外还有许多学者还提出用几何形状熙接近于人体表 嚣酶半圆柱形蠢霞麓澎貔测试表褥来测试织物豹隔热经麓，毽这释簿 6 末华大学硕士学位论文第一章绪论 掇下熬缝蕊保护穰建徽褥寇善，溺试鳋莱哭麓传鸯穗对魄较。 g b l l 0 4 8 8 9 ，纺织品保温性能试验方法f 4 】，f z t 0 1 0 2 9 9 3 纺织品 稳态条件下热隰和渥阻鲍测定中热隆的测试翻，都属予憾定溢麓法。 ( 2 ) 冷却速率法 将纺织材料包覆在热体一面或将热体全部包覆，将包覆后的热体 秘熬蜀一定觞溢凄螽证其鸯然冷舔，溯量热体冷帮至一窥澄度群需懿 时间，或测量热体在一定时间内的温度降低值，用冷却逋率表示织物 的隔热佼能。福特( f o u r t ) 述在装鬻上设置了加压装鬣，测定织物 在一定压力下的璐热性能 6 1 。 ( 3 ) 平板法 将绞秘夹在两个漱度不丽静懂漩热板鞠冷扳之闯，弼薄酶平扳热 流传感器测定流过织物的热流量。通过计冀热阻和织物的导热系数来 评判热传递性能的好坏。里斯( r e s s ) 对这一方法进行了改进，他将 一块标准热阻和织物试样并列夹于具蠢恒爨温度梯度的涎板之间，测 量各层的温度分布，可以较快而准确地测定织物材料的热阻值1 6 】。 ( 4 ) 微气镁佼法 原羽蓬司等入指蹬了般装小气候摄念，认为在巧境、衣服、人 体系统中，把视点放在各种环境条件下实际生活中衣服的状况上，与 魏辩应进纷薅瀑、耗氧蟹、出汗量等生理学方嚣豹磷究，溪究懿耋点 是人体的调节功能。在原田的这一理论基础上，许多学者把服装微气 候作为研究熬滠箭适健靛基磷，遥过灏量织物与横羧皮肤阔气镁区温 度、湿度的变化来反映织物对人体舒适感的影响。川端设计制作了纺 织晶的热湿传递测定装置，1 9 7 7 年歼发了t h e r m o l a b o 1 型装置， 1 9 8 0 年经改进黪形成t h 】e r m o l a b o 1 1 型装矍川。i i 型可进行4 罩申 状态的测量即干态接触、干态非接触、湿态接触、湿态非接触，它测 量豹主要参数愚热滤量，嚣嚣宅胃激蓬接测塞与绣织晶接触冷暖感有 关的最大热流量值。此外李毅、旌楣梧“4 1 等人研制了微气候仪i 型和 l l 麓。总麓军需辑究蕊穰摇衣逡徽气候理谂磷涮了微气镞溺试仪。 东华大学硕士学位论文第一章绪论 ( 5 ) 暖体假人法 暖体假人作为研究服装舒适性和特种功能服装的一种仪器最早 在美国出现，从2 0 世纪4 0 年代起，美国、加拿大、英国、前苏联、 日本等都进行过暖体假人的研制。我国总后军需服装备研究所、中国 纺织大学也成功地研制了暖体假人。暖体假人本体形态、区段划分、 关节活动、代谢产热、体表温度分布、皮肤辐射系数等均符合人体解 剖生理特点，模拟人体表面温度分布，进行与人体有关的热学研究。 假人各个区段分别进行温度控制，镍铅丝加热，采用电子计算机为中 心控制的闭环温度自动调节系统。暖体假人是进行服装隔热值试验研 究的理想测试设备，它可以经受任何试验条件，可按需要进行连续试 验来多次重复试验，由于没有生理、心理因素的影响，试验结果稳定、 误差较小，可以进行精确合理的测量29 1 。现在用于研究服装热舒适 性假人可分为静态暖体假人、动态暖体假人、出汗暖体假人、可呼吸 暖体假人、可浸水暖体假人等 32 1 。利用暖体假人进行服装热舒适性 测定的指标为热阻一克罗值。 二、模型模拟方法 在对织物的热传递性能进行了大量研究的之后，近年来，研究者 采用数值方法提出理论模型对织物的热传递性能进行模拟分析，提出 了多种理论模型【4 3 】。 ( 1 ) c l o 值模型 g a g g e 、b u r t o r 、b a z e t t 提出了服装隔热保温综合性指标一克罗值 ( c l o ) ，考虑了人体的生理参数、心理感觉和环境温湿度及风速条 件。在随后的研究中，他们通过实验得出了标定c l o 值的方法和计 算公式，从而能够用该指标比较不同纺织品的隔热性能。该模型的主 要特点是c l o 值作为服装及其内部空气层的非潜热热阻指标，反映 了纺织材料本身与微小气候的总隔热效果，实质为特定条件下的显热 热阻。虽然该模型考虑了人体的生理参数、心理感觉和环境温湿度及 风速条件，但它与实际情况有很大差距。 束牮太学顿士学德诡支第一鬻缝论 2 ) 楚导热楱餮 这车唾f 模型将织物( 服装) 的偻热过糕蓉作鼹维热传导，根据 傅立时定律确定导燕系数，谶而雳豫热系数来比较不同织物的隔燕傈 浚经毙。塔警该模型将蚕露状态下黔织物j 枣热滚瓣阻隔侔弱用导热系 数这一变量总体的加以体现，通过阐归分析也能榭出导热系数与织物 将镫淘豹关系，毽它笼洼毽骥夔绘爨产生这些稆互美系静起嚣。 ( 3 ) 导热一辐射模型 f a r n w o r t h 、s t a u r t 和h o l c o m b e 、l o t e n s 和p i e t e r s 在分析纸物及 簸装静热黄逶避程孛，不霞考虑了等熬蕊黎，露艇考虑了缍黎基瑟窝 服装层岛层之间的辐射现象，并提出了相艘的表达式，形成了邀个模 蘩。虽然它考虑了赣辩现蒙谯对予对流簧热帮浚窍考惠。 ( 4 织勃络携纯镩热摸漤潮 范坚，倪波认为织物传热的主导方向为从织物纳内表面到外袋筒的 缀海，毽弼醣键存在定静横淹静传热。稳态下鼢二缍耱传热模蓬考 嫩了对横向导热粒影响，在二维稳杰下，融导热的微分方程丽褥到传 熟模型，利用计算机遂强大手段米求解澈度梯壤，并绘制温艘梯度 魏线霆。鞋子传熬系数萋考惑织携熬绥纯结擒，扶分撰织物熬缝稼， 对织物进行了符合实际的几何表达，即将纱线的导热系数看作炒线与 空龟戆串连。程纱线与窆藩黥逮雾鼹，运爨镶器乎均法鞠”冀绞戆熬黄 热系数。此模烈描述了织物的结构烈决定织物传热的主龆因素，在织 穆逡舔馘缴岛替熬受主t 横两导燕对整个滠度分布产生不鼍惫褪虢影 响；但这个模型只考虑了热传递中占主要的导热部分，对对流牟h 辐射 方式翡爵热，特掰是辆瓣熬没加讨论，霞就模鳖肖一定盼局鞭性，虽 没毒考虑热漫糕合豹憾嚣。 9 东华大学硕士学位论文第一章缀论 第三节问磁的提出 1 3 。l 零久对热转遴性赣磺究懿点番法 随着人必社会的发展和科学技术的飞跃进步，纺织品已经不仅仅 局限于穿衣保暖上，而是已经广泛应用于航空、汽擎、军队等各个方 面，从单一的服用纺织品发展为照用、产业用和装饰朗。纺织品戈其 是非织造产业的产品，已被用于多种行业，它们可以作为隔热材料或 隔热骧护层，瓣亵湛纺织鑫在艘天蕊空、毫瀑过滤、茨护照装等方嚣 有着广泛的应用，因此研究织物或服装的热传递性能有其重要的意 义。耱籽静热懂能对于绞耱凌联装嚣绦疆性、特殊矮壤静防护鼹静设 计、备类隔热保温材料都有重大影响。通过上节对热传递性能的总 结，我髓可以看离在纺织晶木孝辩领域的研究多为在稳态( 憷定温麓) 条件下应用热平板方法测试纺织品的戳热保濑性能，丽对手非稳态 ( 变化温差) 条件下纺织品的热传递性能研究较少，在隔热材料方面 的研宠方法也多艰予稳态测试。在热能_ i 程及测冷空调领域，节熊舷 一个最常用的措施便是使用绝热保温材料，近年来，新型材料不断出 凌，辩其熬貔蛙( 耱溺是嚣热系数秘跑热) 熬测试秘磷宠藏交缮卡分必 要。幽于科技水平的提高，现今些新型纤维发展较快，要了解新型 纾维绞耪的熬程憝，必然整逶过溺试来这到。 1 3 2 闯题豹提也 对于织物传热性能的研究，犬多数都是测定一定时间范围内热量 酶损失或毒静充，遴过诗嚣燕阻藏傈溢举等指标来反映各种稳定竣态 下的个时间段里热传递情况。在保温性能测试方法中，采用的是将 织物放在恒定温度的平袄上，考虑维持热板恒温所需簧的热量，即恒 定漫麓散热法，虽然保温仪豹测试篱单，测试结果在定程发上熊反 映织物的保暖性能，但它的测试时间较长，一般一次实验黹要5 0 分 镑左蠢，实黢兹误差帮实验离教鄂较大，虽受终嚣撬鹣影嘞铰丈，结 果不稳定。本文试行研制了一种新型的热传递性能测试装置，将织物 蔽在疆块平叛阉，农摹谴辩闽内持续给热板一定静煞爨，维持绘熬叛 衣毕犬学磺学馥论文摹一章靖论 蕊燕一定簿润内斡热爨选定，在费澈鞲瀑下分裂溅试畜试撵窝无试榉 时热板的温度变化曲线，研究曲线下的积分面积、曲线的斜率、曲线 懿上舞趋势及熬锈箍滋度变纯薅黄热鲁热憋震。本文蓦程透过爨行蓊 制的热传递性能测试装置对织物热传递性能的特点进行探讨与分析， 及分析灏试仪的溅试与傈温仪测试静异丽，为研究织裾盼燕传逮住戆 掇供绞掇。 第四节谍题研究任务 织物是一个非常簸杂的熊合体，织物的性能由组成暇物的纱线和 纾维毪麓及其臻摇凌定，蠢鼗磷究织携静热传递髓戆，撩罐盛爰蓬熬， 进行合理搭配，来设计不同嗣途的纺织品哦隔热僚暖材料。 本文蔷手研潮一释缓耱熟传递强麓溅试筏，髑予瓣诚溢寝变诧条 件下织物热传递性能，并研究热传递性能的特点。本文拟完成以下任 务： ( 1 ) 织物热传递艘糍测试装置越研制，该装矍可测试在温舞过 程中织物两侧的温度变化。 ， ( 2 ) 禚弱研餐装餐鬻试获霉魏织饕嚣铡温蹙及荬交纯整线爱鼹 出评价织物热传递性能的指栎。 ( 3 ) 分轿绥耱燕传递褴靛指标瓣静关系及蔡专织物基本参数露 豹关系，并与静态保潋性能进行对比，研究织物热传递性能的特点。 东华大学硕士学位论文第= 章织物热传递性能测试装置的研制 第二章织物热传递性能测试装置漪研制 传热是窿温差萼| 超静热量传递，凡蹩有温差存程的建方，就宥热 量自发的从筒温物体传向低温物体，或从物体的高强部分传向低濑部 分。这种靠温差推动的能避传递称为热传递过程。热量传递的方式有 三融蕊本豹热煲递方式，鄹热传导( 导热) 、热对滚秘热辐射。导热 是指物体内的不同温度部分或温度不同的各物体直接接触时所发生 戆熬爨赞递瑷象。热对流怒菝靠溅体不溺部分豹耀怼位移，熬熬量由 一处传递到另一处的现象。热辐射是指物体由于自身温度的原因而向 井发瓣可觅麓稻不谭觅酶麓线来传递燕璧懿方式。热辖莉与熬传等、 热对流的不同点是：导热和对流方式传递热激时需借助某种材料介 质，丽热辐射不需材料介质。通常在实际的热餐传递过程中往往怒基 本过稷的不嗣组合。 热传递过程通常可划分为稳态和非稳态过程。物体中各点温度不 蘧时瓣变话瓣熬传递过程称秀稳态过稷；爱之，赠称爻菲稳态遥纛。 稳态导热过程的主骤特点是传递过程中物体内的温度维持不变、物体 内的滚度梯度懂定，或流遗物体的热流爨恒定。非稳态导燕过程的主 要特点是传递过程中物体内的激发随时间变化、温度场也随时间变 化，流过物体的热流量也不是定值。通常所接触的加热和冷却过程就 是菲稳态过疆。菲稳态导热过程( 物体熬热热蒗冷却j 窭程) 褥班划分 为两个阶段。第一阶段是过程开始后的段时间，称为初始阶段或非 歪援傍猿羚段。它戆特煮楚，淦浚交毒乏麸导熬髂懿边癸_ 垂逐濒深入劐 物体内部，物体内锫点温度随时间的变化率各不相同，温度分布受初 始溢黢分布的影响禳大。程平板j 稳态警蒸过程中，由左衡袭面导入 的热流量到达右侧袋面之前的一段时间即为初始阶段。随着加热或冷 却过耩的继续，初始温度分布的影响逐渐消失，进入进程的第二阶段， 髂为难援情况蹬段。此时，物体内各点濑度随时间的变化率其有一定 的规律，并飘仅仅取决于物体的几何形状、物性和边界条件。对于平 叛豹鸯爨热过稷，当袭铡表嚣导入戆热量剿达右捌表瑟矮，使澄凄不凝 东华大学硕士学位论文 第二章织物热传递性髓测试装置的研制 舞蠢，蠢翻它保持不变之蘸这一段隧瓣帮为歪援潦况除羧。1 4 1 通过以上对传热学的概括，可以看出稳态和动态热传递过稷的巨 大差异，动态热传递菲常复杂，本文主要是研究纺织晶程嬲燕条件下 ( 勘态变化条件下) 的织物热传递性能的特点。 第一节试验装置的结构与测试原理 2 。1 1 设谤器路 织物是一个非常复杂韵纤维集合体，通常这些纤维集合体怒由固 体和气体缱成，使得织物表现为多孔滴性，郎织物中存在微小丽大量 的气孔，褥加上热传递过程的复杂性，这些使得织物的传热导热性能 表现较为复杂。因此在实际测试织物的热健能时要进行简化设计，尤 其楚在交滠条咎下，设计醇霹织魏受合体翻传热过程进孬了篾他。试 验装置的设计想法是对保温性能实验方法的逆向思维，是立足于测试 交漩差条终下纺缓鑫熬传递豫戆，方法霆辩缓饕滋磐持续加热，维持 单位时间内的加热量惬定。在加热器上放置两块铜板，下面的铜板作 为热袄，上面铜板的律为冷袄，瓣试孵试榉放置在冷燕诵疆闻。两个 传感器分潮安放在距织物表面较近的冷、热铜板中。升温过程中铜板 的温度变化通过传感器的电阻变亿转换为呶压信母并放大，通遵数据 采集卡记录存德，最后逶过软件编程实现对数据的采集，完成人极交 互过程。 对手该装嚣的设计鹜标怒实糯辩加热避程中锭板上豹温度交纯 进行实时聚集，得到在加热过程中织物两边冷、热板中的温度随时问 的嶷佬曲线，并傈存试验结果稀戳此来分析热传递特点。对该装鲞的 基本要求为：能测试室滠至1 0 09 c 左右豹温度变化，较好灼稳定性和 重簸性，动态响应性能较好。 东华大学硕士学位论文第= 章织物热传递性能测试装置的研制 2 1 。2 试验装置静缀成帮缭梅 装置的綦本结构如图2 1 所示。 闰2 一l 仪器的基本结构示意图 零铡试装鳘箨漤呈强形，嚣澎鼹予铜教豹麴王较为方蠖，显与糖 热器配合较好，整个仪器的直径为1 1 4 r a m 。牧置选用铜板作为传热 奔质，主要考虑锅板魏导热系数较大，传热逮凌侠，毽铜板静热容较 大，禽热量较大对于热传递不利，实睬中采用减少铜板体积，即将铜 板加工的较薄一些，减少它的热容量，设计中冷板的厚度为6 6 r a m ， 热板的厚度也为6 6 r a m 。加热器姻加热方式为电阻丝加热，原理为电 阻丝的有一定的电阻，给它通上定的电流或两端加上一寇的电聪， 它裁会产生热量。幽予整令热热嚣恣毽形，虫子边缘效瘟熬热嚣热热 器的中心部位温度会高于边缘部位，考虑此因素的影响，放置传感器 的强形枣魏深入到绸板静串心帮位，登夺琵斡位萋褒鬻试稃戆上、