【摘 要】
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在高低温、热辐射和烈火场等强热物理场,要求服装具有隔热功能,热防护服装因其独特的隔热功能和广泛的应用前景而备受关注。然而,由于织物结构的复杂性和多变性,用物理实验描述热量在织物内的瞬态传递过程很困难,且热防护织物制备过程中的许多测试都是在高温条件下进行的,这类测试无疑加大了开发成本,浪费了资源。因此,本课题通过有限元软件模拟不同机织结构材料的瞬态热传递过程,探究影响织物隔热防护性能的因素,并通过实
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在高低温、热辐射和烈火场等强热物理场,要求服装具有隔热功能,热防护服装因其独特的隔热功能和广泛的应用前景而备受关注。然而,由于织物结构的复杂性和多变性,用物理实验描述热量在织物内的瞬态传递过程很困难,且热防护织物制备过程中的许多测试都是在高温条件下进行的,这类测试无疑加大了开发成本,浪费了资源。因此,本课题通过有限元软件模拟不同机织结构材料的瞬态热传递过程,探究影响织物隔热防护性能的因素,并通过实验对模拟结果进行验证,其主要内容如下:（1）基于纱线真实交织结构,利用建模软件创建了不同厚度的6种模型织物（包括平纹、2/1～6/1斜纹）和20种不同堆叠顺序的双层机织物。（2）考虑织物传热的各向异性,在材料、线密度、经纬密相同的条件下,对织物进行瞬态热传递模拟,分析织物受热后的温升时变,探讨浮长、热源强度、厚度和堆叠顺序对织物热防护性能的影响。（3）通过观察机织物热传递物理过程,从隔热时间和隔热温度两个维度提出评价机织结构材料隔热防护性能的5大指标,即下表面初始升温的滞后时间、下表面温升速度、上下表面的稳定温度、上下表面的最大温差和稳定温差。（4）观察织物热传递的温度分布云图可知织物中浮长线长度会影响热量在织物中的传递规律。结果表明,热流沿纱线浮长传递,使织物表面纱线体温度升高,交织区域纱线升温较快,形成与浮长相关的上、下表面温度和温差。模拟结果表明6种组织的隔热性能由低到高为:平纹＜2/1＜3/1＜4/1＜5/1＜6/1。（5）在常规热源0.8 k W/m~2条件下,单层织物可以有效延缓热流的传递,强热条件下,单层织物不足以延缓热流的传递,隔热防护能力有限,需增加防护厚度或叠加其他材料以提高隔热能力。（6）在强热2.4 k W/m~2条件下,厚度一定时,6种织物组织的热防护性能由低到高为:平纹＜2/1＜3/1＜4/1＜5/1＜6/1,满足织物浮长越大、交织点越少越有利于织物的热防护性能,多层织物模拟规律与单层织物一致;浮长一定时,随着织物厚度的增加,织物隔热防护能力逐渐增强,但是存在一个最优厚度,研究结果表明最优厚度为5层织物。（7）在强热2.4 k W/m~2条件下,当表组织/里组织结构相同,随着里组织/表组织浮长的增加,织物热防护性能逐渐增强,满足平纹＜2/1＜3/1＜4/1＜5/1＜6/1,模拟规律与单层织物保持一致。说明叠加其它材料,也可以增强织物隔热防护性能。（8）基于RPP热防护性能测试实验验证了数值模拟结果的正确性和可靠性,研究结果为热防护服装隔热结构设计提供理论指导。
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