火灾防护服与人体动态热湿交互系统的建模与仿真

火灾防护服装是保护生命安全的重要有效手段。火灾防护服的防护效果不仅仅取决于火灾防护服本身的性能，很大程度上取决于火灾防护服与人体的动态热湿互动过程的影响。前人的研究往往较多关注于火灾防护服中热湿传递过程，而忽略了火灾防护服与人体的动态热湿互动过程对于防护效果的影响。针对上述问题，我们提出针对火灾防护服与人体的动态热湿交互过程建立数值模型，通过结合防护服模型、人体热生理模型以及皮肤烧伤模型，实现对于火灾现场中消防员与防护服的动态热湿交互过程进行计算机仿真，从而揭示出火灾防护服与人体的动态热湿交互过程对于防护效果的具体影响，更加有效地预测火灾防护服在火灾现场的防护效果，为预防火灾烧伤提供宝贵的参考依据，为火灾防护服在各种火灾情形下的使用方法以及对于火灾防护服的设计与改进提出指导性的建议。

火灾防护服的防护效果与服装、人体之间的热湿交互密不可分。然而前人研究中往往忽略人体热生理调节对人体灼烧的影响。本项目提出将人体热生理模型、火灾防护服模型、皮肤烧伤模型结合起来，建立起考虑人体热生理调节的人体灼烧预测方法，并进行消防员火灾救援过程的动态模拟。本项目在深入研究热辐射在防护服中的传递中，发现前人模型中辐射模型过于简化的问题，并在深入研究辐射热防护测试仪产生的热辐射分布中找到了依据；对于火场环境中风与人体活动的影响问题，本项目通过采用暖体假人经过大量实验得出了经验公式；最终在上述研究基础上，建立了火灾防护服模型，并与人体热生理模型、皮肤烧伤模型结合，采用Matlab编程，最终建立了火灾防护服与人体动态热湿交互系统的模型。采用此模型模拟某一火灾救援过程，模型预测了救灾过程中，消防员的身体各部分的热生理指标，人体与服装的动态热湿传递过程，服装内部的温度分布，以及身体各部位的二度烧伤的时间发生点。模型结果表明，人体的热生理调节对于低热辐射暴露水平下的烧伤时间有着显著的影响；身体各部位烧伤发生的时间点不同，在相同的热辐射暴露水平下，四肢的烧伤时间发生更短。这些结论与实际情况比较吻合，是以前忽略人体热生理调节情形下无法得出的结论。因此，这项工作具有开创性的意义。