針織物熱舒適性能研究與針織保暖產(chǎn)品設(shè)計(jì).pdf

1、本文主要探討針織內(nèi)衣織物的熱量傳性能及傳遞性能影響因素；針織工藝參數(shù)、針織物結(jié)構(gòu)等對(duì)針織保暖內(nèi)衣熱舒適性的影響；并對(duì)針織棉毛內(nèi)衣以及夾層式保暖針織內(nèi)衣的保暖性能進(jìn)行分析。分析過程中，模型實(shí)際著裝情況，采用熱流量作為織物系統(tǒng)保暖性能的描述指標(biāo)，彌補(bǔ)了熱阻、CLO值以及保暖率等作為服裝系統(tǒng)保暖性描述的一個(gè)直接特性，相對(duì)地與邊界條件無關(guān)的不足，因此能夠準(zhǔn)確反映使用條件變化時(shí)服裝保暖性能的變化；此外，本文確定用織物與人體接觸時(shí)皮膚最大瞬態(tài)熱流量

2、損失，描述織物與人體接觸時(shí)的接觸冷感，對(duì)服裝穿著過程的接觸舒適性進(jìn)行研究。 分析過程中，首先由熱量傳遞的三種傳遞機(jī)理：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射的基本理論出發(fā)，結(jié)合前人理論研究的經(jīng)驗(yàn)，在具體分析、綜合判斷紡織品的結(jié)構(gòu)特征、熱量傳遞規(guī)律以及與環(huán)境換熱過程中外邊界條件特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善熱量通過紡織品傳遞的理論，建立了綜合考慮三種傳遞機(jī)理及其共同作用的新的理論模型。 在建立熱量傳遞數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)學(xué)模型的求解一直是困擾紡織品

3、熱舒適性研究的難題之一。由于紡織品熱量傳遞過程的復(fù)雜性以及影響因素的多樣性及多變性，如，紡織品結(jié)構(gòu)參數(shù)、穿用過程中不同的穿用形態(tài)、環(huán)境因素對(duì)熱量傳遞的影響等，沒有強(qiáng)有力的計(jì)算工具很難系統(tǒng)分析描述熱量傳遞的過程及各種因素的影響規(guī)律。本文采用有限元計(jì)算方法有效地解決了這一問題。 熱量傳遞主要涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容：溫度以及熱流。溫度代表了物體具有的熱能，而熱流代表熱能由一處向另一處的流動(dòng)。溫度分布以及溫度梯度決定了熱流量，通過紡織品向外

4、界傳遞的熱流量大小直接反映了著裝過程中人體向外界的熱量散失，也即反映了紡織品的保暖情況。本文分析熱量通過由紡織品與空氣層組成的紡織品系統(tǒng)傳遞時(shí)，系統(tǒng)截面溫度分布以及熱流量變化。并對(duì)不同使用條件下紡織品的熱量傳遞過程以及熱舒適性進(jìn)行分析。 本文分析的重點(diǎn)是針織內(nèi)衣棉毛織物及夾層式針織保暖內(nèi)衣，一般情況下這兩種織物緊貼人體穿在里層。因此，織物與人體接觸時(shí)人體的瞬間冷暖感描述及影響因素分析是本文的另一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。 1．熱量傳遞

5、數(shù)學(xué)模型的建立在熱量通過紡織品傳遞的理論分析過程中，設(shè)定熱量通過紡織品的傳遞過程為熱傳導(dǎo)過程，傳導(dǎo)過程遵循傅罩葉定律。在熱量通過紡織品的傳導(dǎo)過程中，紡織品內(nèi)部沒有內(nèi)熱源，熱量傳遞過程滿足能量守恒定律。根據(jù)能量守恒定律及傅里葉定律，建立了描述瞬態(tài)熱傳導(dǎo)的微分方程：在織物系統(tǒng)的外表面，由于織物表面與環(huán)境空氣存在溫差，設(shè)定織物外表面通過對(duì)流與輻射與環(huán)境空氣交換熱量，由于對(duì)流與輻射是一個(gè)同時(shí)發(fā)生的過程，因此，在理論分析中建立了織物系統(tǒng)外表面的對(duì)

6、流與輻射共同作用的耦合外邊界條件。 2．熱量通過紡織品傳遞的過程描述與細(xì)節(jié)分析在建立熱量傳遞微分方程的基礎(chǔ)上，對(duì)微分方程的求解是非常困難的。同時(shí)，由于熱量通過紡織品傳遞過程的動(dòng)態(tài)性及影響因素的多樣性與影響因素的多變性，要想系統(tǒng)描述熱量傳遞過程隨各種因素的變化規(guī)律，沒有強(qiáng)有力的計(jì)算工具是不可能實(shí)現(xiàn)的。本文采用有限元計(jì)算方法有效地解決了這一難題。分析過程中，采用大型有限元軟件MARC/MENTAT進(jìn)行分析計(jì)算。在這一計(jì)算工具輔助下，

7、對(duì)熱量通過紡織品傳遞的動(dòng)態(tài)全過程、達(dá)到熱傳遞平衡所需時(shí)間、熱量傳遞不同時(shí)刻織物系統(tǒng)截面溫度分布與熱流量分布等進(jìn)行了詳細(xì)描述。同時(shí)，分析了傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種熱量傳遞機(jī)理對(duì)熱傳遞過程的影響；著裝過程中人體與服裝間不同間隙、不同著裝層數(shù)等對(duì)紡織品系統(tǒng)熱舒適性的影響，以及不同環(huán)境溫度、不同風(fēng)速情況對(duì)紡織品系統(tǒng)熱舒適性的影響。此外，在建立熱量傳遞數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過有限元計(jì)算分析，描述了織物與人體接觸時(shí)人體瞬態(tài)冷暖舒適感覺的變化規(guī)律及影響因素

8、。主要結(jié)論如下： 1)風(fēng)速越大，環(huán)境溫度越低，風(fēng)力穿透紡織品的速度越快。同時(shí)，環(huán)境溫度降低使得風(fēng)穿透紡織品系統(tǒng)的強(qiáng)度大大提高。 2)風(fēng)速的增加，使得熱量通過紡織品系統(tǒng)向外界的散失也越多。環(huán)境溫度越低，向外界散熱量受風(fēng)速的影響越大。針對(duì)夾層式針織保暖內(nèi)衣的研究表面，當(dāng)風(fēng)力超過5.5m/S后，進(jìn)一步增加風(fēng)速對(duì)通過紡織品系統(tǒng)向外界散失熱量的影響減弱。 3) 對(duì)央層式保暖內(nèi)衣與人體接觸時(shí)皮膚表面的最大瞬念熱流量損失情況來

9、看，皮膚與此類紡織品接觸時(shí)，接觸冷感主要受壞境溫度的影響，幾乎不受風(fēng)速的影響。 4)織物與人體接觸時(shí)，瞬態(tài)接觸冷感主要受織物表面粗糙程度的影響?？椢锉砻嬖酱植冢椢锱c人體接觸時(shí)人體表面瞬態(tài)熱量損失越小，接觸冷感越好5)增加織物層數(shù)，織物系統(tǒng)保暖性提高。環(huán)境溫度越低，增加織物層數(shù)對(duì)整個(gè)紡織品系統(tǒng)保暖性能的提高作用越明顯。 3．在完成理論分析的同時(shí)，為了驗(yàn)證理論分析的正確性，在人工氣候室進(jìn)行了各種條件下的模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與

10、理論數(shù)據(jù)吻合良好。 4．針織保暖內(nèi)衣組織結(jié)構(gòu)、上機(jī)工藝設(shè)計(jì)與織物熱傳遞性能分析在理論分析相關(guān)結(jié)論指導(dǎo)下，進(jìn)行針織工藝、針織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將針織保暖內(nèi)衣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、上機(jī)工藝設(shè)計(jì)與熱量傳遞理論分析相結(jié)合，多角度闡述了夾層式針織保暖內(nèi)衣織物正反面線圈連接組織點(diǎn)的比例對(duì)保暖性能的影響以及織物表面狀態(tài)對(duì)接觸舒適性的影響。研究過程中，設(shè)計(jì)生產(chǎn)了6種不同結(jié)構(gòu)的保暖內(nèi)衣織物，并對(duì)織物的保暖性及接觸冷感進(jìn)行了測(cè)試分析，描述了織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)熱舒適性