基于相变材料的井下降温煤矿作业服设计与评价
发布时间：2021-07-10 18:33
随着煤矿开采深度的增加,深井煤矿的热害问题不断突出。为了缓解深井煤矿工人的热应激,提高其热湿舒适性,本文基于人体热平衡理论和个体降温手段,应用相变材料（PCM）开发了降温煤矿作业服,并对其性能进行评价。首先,进行降温煤矿作业服的设计开发,从降温方式、作业服结构、服装材料多方面进行选择和设计。最终选用适用于高湿环境且便携性高的PCM降温方式。选择相变温度为15℃的PCM,并提出使用不同相变温度PCM混合使用的配置方法:15℃PCM作为内层,更高相变潜热的23℃PCM作为外层（15&23）。根据人体体表不同部位的散热量、出汗量和热敏感度,将PCM封装包的位置设计在躯干和大腿前侧。基于煤矿工作环境的需求,服装面料需具有防静电性和阻燃性,通过模糊数学分析方法综合评估面料的物理性能和穿着舒适性,确定合适的面辅料。其次,通过出汗暖体假人,对开发的矿工服装进行客观散热性能评价。在空气温度为30℃,相对湿度为80%的人工气候仓内,将15&23与不加PCM的作业服（CON）和只加15℃PCM的作业服（15&15）进行对比实验。实验结果表明,与CON相比,相变降温作业服显著增加了暖...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
矿井救援冰冷降温系统[35]
第一章绪论5图1-2技术路线图Fig.1-2Researchroadmap1.5.3研究的创新性（1）本课题的研究关注煤矿深井作业的高温高湿环境，将PCM应用于降温煤矿作业服的设计中，并从PCM位置设计、PCM温度选择、服装面辅料选择和款式结构多方面确定服装的设计方面。（2）运用不同相变温度的PCM混合配置，提高相变降温矿工服的有效降温持续时间，克服PCM降温服在实际应用中降温时间有限、需要频繁更换PCM封装包的问题。
江南大学硕士学位论文10湿度的高温环境，人体的散热途径存在很大差异。在湿热环境下，蒸发散热量有限，人体主要依靠辐射和对流散热，散热量取决于人体体表面积和体核至体表的血流量增幅；干热环境下，人体主要通过蒸发散热维持热平衡，散热量取决于人体的出汗效率。服装直接影响人与环境之间的热交换。人体热舒适受到服装本身的热阻、热辐射的反射性和服装的湿阻的影响。这些性能取决于服装的面料材质和结构设计。人体活动强度直接影响产热量的大小，进而对人体热舒适产生影响。2.2个体降温服个体降温服是指通过对服装和人体之间的微环境进行降温，从而提高人体散热的一种服装[36]。在高温环境中，个体降温服可作为一种高效便捷的方法，缓解人体热应激反应[37]。个体降温服根据降温原理可分为主动式降温服、被动式降温服和混合式降温服[38]。2.2.1被动式降温服（1）相变降温服相变材料（PCM）是一种利用相变潜热储能和释能的材料，在温度不变的情况下通过改变物质状态而吸收或释放大量潜热。随着外界温度的升高或降低，PCM的相态改变，从而向外界环境吸收或释放热量（图2-1）。这个过程是自动且可逆的。PCM对温度的调节起到了一个缓冲作用，减少由于外界环境温度变化引起的穿着者皮肤温度的变化。图2-1相变材料调温机理示意图Fig.2-1Schematicdiagramofphasechangematerial’stemperatureregulationmechanism相变降温服将服装与PCM相结合，依靠相变过程中的材料吸热实现降温效果，通常为PCM的液化过程，也有部分气化过程。由于相变降温服不依靠外界能源（如电源），因此属于被动式降温服。与其他个体降温服相比，它具有便宜、便携、易穿的优点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国露天煤矿开采技术综述及展望[J]. 李浩荡,佘长超,周永利,黄玉凯. 煤炭科学技术. 2019(10)
[2]我国深部矿井热环境研究现状与进展[J]. 姚韦靖,庞建勇. 矿业安全与环保. 2018(01)
[3]我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析[J]. 蓝航,陈东科,毛德兵. 煤炭科学技术. 2016(01)
[4]气动冰箱和降温服在矿井热害治理中的应用[J]. 王洋洋,辛治坤,郭长娜,刘鹏,任杰. 煤矿安全. 2015(07)
[5]新型矿用降温服在两准高温煤矿中的应用[J]. 梁国治,周孟颖,张奋奋. 现代矿业. 2015(06)
[6]矿工工作服研究现状及发展方向[J]. 徐利,戴晋明,昝会云. 产业用纺织品. 2013(10)
[7]矿工防护服的功能性研究与设计[J]. 陈洁,吕文静,朱黎明. 轻纺工业与技术. 2013(05)
[8]一种新型煤矿井下高温作业特种防护服的设计研究[J]. 张德飞,曹有勋,赵娜,官凯. 煤炭工程. 2012(07)
[9]矿用降温服性能试验研究[J]. 周孟颖,冯立品,梁国治. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]我国煤矿高温矿井摸底调查情况[J]. 刘卫东,张岩松,王丽华. 职业与健康. 2012(09)
硕士论文
[1]相变材料分布对相变调温热防护效果的影响分析[D]. 王棋生.苏州大学 2016
本文编号：3276447
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
矿井救援冰冷降温系统[35]
第一章绪论5图1-2技术路线图Fig.1-2Researchroadmap1.5.3研究的创新性（1）本课题的研究关注煤矿深井作业的高温高湿环境，将PCM应用于降温煤矿作业服的设计中，并从PCM位置设计、PCM温度选择、服装面辅料选择和款式结构多方面确定服装的设计方面。（2）运用不同相变温度的PCM混合配置，提高相变降温矿工服的有效降温持续时间，克服PCM降温服在实际应用中降温时间有限、需要频繁更换PCM封装包的问题。
江南大学硕士学位论文10湿度的高温环境，人体的散热途径存在很大差异。在湿热环境下，蒸发散热量有限，人体主要依靠辐射和对流散热，散热量取决于人体体表面积和体核至体表的血流量增幅；干热环境下，人体主要通过蒸发散热维持热平衡，散热量取决于人体的出汗效率。服装直接影响人与环境之间的热交换。人体热舒适受到服装本身的热阻、热辐射的反射性和服装的湿阻的影响。这些性能取决于服装的面料材质和结构设计。人体活动强度直接影响产热量的大小，进而对人体热舒适产生影响。2.2个体降温服个体降温服是指通过对服装和人体之间的微环境进行降温，从而提高人体散热的一种服装[36]。在高温环境中，个体降温服可作为一种高效便捷的方法，缓解人体热应激反应[37]。个体降温服根据降温原理可分为主动式降温服、被动式降温服和混合式降温服[38]。2.2.1被动式降温服（1）相变降温服相变材料（PCM）是一种利用相变潜热储能和释能的材料，在温度不变的情况下通过改变物质状态而吸收或释放大量潜热。随着外界温度的升高或降低，PCM的相态改变，从而向外界环境吸收或释放热量（图2-1）。这个过程是自动且可逆的。PCM对温度的调节起到了一个缓冲作用，减少由于外界环境温度变化引起的穿着者皮肤温度的变化。图2-1相变材料调温机理示意图Fig.2-1Schematicdiagramofphasechangematerial’stemperatureregulationmechanism相变降温服将服装与PCM相结合，依靠相变过程中的材料吸热实现降温效果，通常为PCM的液化过程，也有部分气化过程。由于相变降温服不依靠外界能源（如电源），因此属于被动式降温服。与其他个体降温服相比，它具有便宜、便携、易穿的优点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国露天煤矿开采技术综述及展望[J]. 李浩荡,佘长超,周永利,黄玉凯. 煤炭科学技术. 2019(10)
[2]我国深部矿井热环境研究现状与进展[J]. 姚韦靖,庞建勇. 矿业安全与环保. 2018(01)
[3]我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析[J]. 蓝航,陈东科,毛德兵. 煤炭科学技术. 2016(01)
[4]气动冰箱和降温服在矿井热害治理中的应用[J]. 王洋洋,辛治坤,郭长娜,刘鹏,任杰. 煤矿安全. 2015(07)
[5]新型矿用降温服在两准高温煤矿中的应用[J]. 梁国治,周孟颖,张奋奋. 现代矿业. 2015(06)
[6]矿工工作服研究现状及发展方向[J]. 徐利,戴晋明,昝会云. 产业用纺织品. 2013(10)
[7]矿工防护服的功能性研究与设计[J]. 陈洁,吕文静,朱黎明. 轻纺工业与技术. 2013(05)
[8]一种新型煤矿井下高温作业特种防护服的设计研究[J]. 张德飞,曹有勋,赵娜,官凯. 煤炭工程. 2012(07)
[9]矿用降温服性能试验研究[J]. 周孟颖,冯立品,梁国治. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2012(02)
[10]我国煤矿高温矿井摸底调查情况[J]. 刘卫东,张岩松,王丽华. 职业与健康. 2012(09)
硕士论文
[1]相变材料分布对相变调温热防护效果的影响分析[D]. 王棋生.苏州大学 2016
本文编号：3276447
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