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188宝金博页面版: 基于粒子群算法的高温作业防护服装优化设计

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内容提示: 基于粒子群算法的高温作业防护服装优化设计 摘要 高温作业防护服装的研究对于消防安全领域服装的设计具有重要的参考价值。本文根据 Fourier 定律,运用热传导方程和粒子群算法,建立了“圆筒型”热传导模型和“雨衣”模型,对高温作业防护服装的优化设计进行了研究。 对于问题一,考虑环境温度为 75?C、Ⅱ层厚度为 6 mm、Ⅳ层厚度为 5 mm、工作时间为 90 分钟的情形,研究四层织物材料温度分布情况。首先根据 Fourier 定律,利用热传导方程,将高温作业防护服装的形状看作圆筒,对各层圆筒的半径、厚度和各层温度进行分析,建立“圆筒型”热传导模型,用 MATLAB 软件...

文档格式:DOCX | 页数:22 | 浏览次数:13 | 上传日期:2020-09-15 18:14:53 | 文档星级:
基于粒子群算法的高温作业防护服装优化设计 摘要 高温作业防护服装的研究对于消防安全领域服装的设计具有重要的参考价值。本文根据 Fourier 定律,运用热传导方程和粒子群算法,建立了“圆筒型”热传导模型和“雨衣”模型,对高温作业防护服装的优化设计进行了研究。 对于问题一,考虑环境温度为 75ºC、Ⅱ层厚度为 6 mm、Ⅳ层厚度为 5 mm、工作时间为 90 分钟的情形,研究四层织物材料温度分布情况。首先根据 Fourier 定律,利用热传导方程,将高温作业防护服装的形状看作圆筒,对各层圆筒的半径、厚度和各层温度进行分析,建立“圆筒型”热传导模型,用 MATLAB 软件对其进行数值求解,求出四层织物材料的温度分布。最后对皮肤外表层温度与时间的关系进行敏感性分析,得出皮肤外表层温度对时间的敏感性较弱。对所求皮肤外侧表面温度与附件 2 中温度进行误差分析,得到方差为 0.9883,表明模型对数据拟合的效果较好。 对于问题二,考虑环境温度为 65℃、Ⅳ层的厚度为 5.5mm,确保工作为 60 分钟,假人皮肤外侧温度不超过 47℃,且超过 44℃的时间不超过 5 分钟时,确定第Ⅱ层的最优厚度。首先根据能量守恒定律建立一维非稳态导热模型,以第二层厚度为目标函数,在对应的约束条件下,利用多目标优化方法对目标函数进行求解。同时考虑到一维非稳态导热模型所得结果存在较大误差,对模型进行改进,并利用热传导定律建立三维“圆筒型”热传导模型。结合问题一建立的热传导方程和拟合方程分别求解每一层织物材料的温度分布,运用倒推法求得第Ⅱ层的最优厚度为 9.03mm。最后对第Ⅱ层的厚度进行残差分析得出残差模为 0.049628,表明求解第Ⅱ层最优厚度所建立的模型较为合理。 对于问题三,在环境温度为 80℃,工作 30 分钟,假人皮肤外侧温度不超过 47℃,且超过 44℃的时间不超过 5 分钟的条件下,求解第Ⅱ层和第Ⅳ层最优厚度的问题,首先在一维非稳态导热模型的基础上,运用粒子群算法,建立求解第Ⅱ层和第Ⅳ层最优厚度的“雨衣”模型,用 MATLAB 进行迭代处理,得到在相应的约束条件下第Ⅱ层的最优厚度为 11.2mm,第Ⅳ层最优厚度为 4.8mm。最后通过对皮肤外侧温度和第Ⅱ层厚度以及第Ⅳ层厚度进行敏感性分析,得出厚度变化对于模型影响较小。 本文建立的“圆筒型”热传导模型和“雨衣“模型,可以较好的适用于消防事业、井下工作、石化业以及钢铁事业等隔热阻燃防护服的设计。 关键词:热防护服装;Fourier 定律;“圆筒型”热传导模型;粒子群算法;“雨衣”模型

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