闪火热灾害环境向着装人体的三维瞬态传热模拟及皮肤烧伤预测

基本信息
批准号:51576038
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:李俊
学科分类:
依托单位:东华大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:Guowen Song,王云仪,张昭华,李小辉,王朝莉,王敏
关键词:
皮肤烧伤热传递闪火防火服装燃烧假人
结项摘要

Flash fire hazard poses mortal threat to the public and first responders. In order to equip people properly with fire protective clothing and provide reliable thermal protection, it is urgent to conduct fundamental research on heat transfer mechanism from a flash fire environment to clothed human body. Breaking through the traditional method which uses a simplified one dimensional heat transfer model, three dimensional heat transfer analysis and skin burn prediction should be investigated based on actual human skin properties..This proposed project uses a reverse engineering method to numerically redevelop flame manikin in a flash fire environment. To be specific, three dimensional geometry models of fire protective clothing, air gap and human body during a flash fire exposure are developed. In order to clarify heat transfer from flash fire to clothed human skin with uneven distributed air gaps, a three-dimensional transient heat transfer model is developed and solved using computational fluid dynamics methods. Simultaneously, flash fire exposure tests of clothing are used to validate and optimize this model. The mechanism of heat transfer in ‘flash fire-protective clothing-air gap-human skin’ system will be revealed, as well as the influence of three dimensional geometrical characters on heat transfer in human skin and on skin burn. .This proposed project will finally get the prediction diagram of a precise distribution of burn injury for covered human skin, so that the thermal protective performance of fire protective clothing could be characterized quantitatively. This will provide quantitative basis for development of protective clothing material and the design of involved parameters, as well as meet the needs of key technologies of fire protective ensembles for public safety prevention and control.

闪火轰燃对公众和救援人员造成致命威胁,为科学装备防火服装以发挥可靠的热防护作用,当前迫切需要开展闪火热灾害环境中着装人体传热机制的基础研究,突破长期沿用的一维传热简化模型不能全面反映热危害水平的瓶颈,并基于真实皮肤属性进行三维传热分析和烧伤预测。.本项目将逆向工程技术应用于火场燃烧假人的数值重构,建立闪火热灾害环境中防火服装、衣下空间及人体的三维几何网格模型。针对闪火轰燃向具有不规则衣下空间着装状态的人体皮肤传热,利用计算流体动力学方法构建并求解三维瞬态模型,同时通过火场燃烧假人着装实验进行客观验证及优化。揭示“闪火—服装—衣下空间—皮肤”系统的三维瞬态传热机制,以及皮肤三维形态对其内层传热及烧伤的影响规律。.本项目将绘制防火服装覆盖下人体皮肤烧伤度精确分布的预测图谱,量化表征防火服的热防护水平,成为防火服装材料研发及构成参数化设计的定量依据,满足我国公共安全防治对防火装备关键技术的需要。

项目摘要

依托“东华火人”着装闪火轰燃物理实验平台,基于计算流体动力学、传热传质学基本原理及逆向工程技术等多学科交叉,实现了高热流密度闪火环境中,大空间、全尺度燃烧、流动及传热的仿真控制,以及着装人体热传递、衣下皮肤烧伤过程的三维瞬态数值模拟。建立了高温闪火环境中服装热防护性能数值模拟测试平台,可用于模拟各类复杂火场环境,预测火场中人体的烧伤危害程度及安全逃离时间,为高性能热防护服装的研制开发提供数据支持。.利用CFD技术进行了燃烧室内贴体服装、三维简化服装、均匀着装三种理想着装状态下的三维瞬态传热模拟及热防护性能测评。对包含不规则衣下空间的实际着装情况,实现了全尺度、高精度三维几何建模及闪火热暴露实验的三维瞬态传热CFD模拟。在此基础上,开展了闪火热暴露环境中不同风速条件、不同热流密度等级、不同热暴露时间、服装参数变化等情况下基于数值假人的人体热防护模拟研究。定量分析了防护服由于储存热释放导致的危害效应,定量评价了消防服用织物热暴露时间和冷却时间对其热防护程度的影响。针对闪火环境中不同材料假人表面的热响应规律的模拟研究,从三维角度揭示了燃烧假人表面的热流传感器和真实人体皮肤之间的热响应差异机制。.通过防火服装三维瞬态传热的动力学仿真,全面解析了服装织物层及衣下空间的传热机理。同时发展了一种考虑实际人体皮肤厚度分布的烧伤预测建模方法,实现了对局部烧伤等级的精准预测。通过利用烧伤等级分布预测图谱量化表征防火服的热防护水平,获取皮肤烧伤等级分布随时间的演变规律,成为防护材料研发及服装构成参数化设计的定量依据。研究成果构建了“燃烧模拟-性能评估-功能设计-实验验证”的热防护性能预测及改良开发新体系,为人体热防护服装系统研究提供理论基础和模拟实验平台。在学术期刊共发表论文30篇,其中SCI收录25篇,SSCI收录1篇,EI收录4篇;获授权发明专利4项;培养6名博士研究生、2名硕士研究生。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
2

煤/生物质流态化富氧燃烧的CO_2富集特性

煤/生物质流态化富氧燃烧的CO_2富集特性

DOI:10.11949/j.issn.0438-1157.20180900
发表时间:2018
3

固溶时效深冷复合处理对ZCuAl_(10)Fe_3Mn_2合金微观组织和热疲劳性能的影响

固溶时效深冷复合处理对ZCuAl_(10)Fe_3Mn_2合金微观组织和热疲劳性能的影响

DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001042
发表时间:2019
4

夏季极端日温作用下无砟轨道板端上拱变形演化

夏季极端日温作用下无砟轨道板端上拱变形演化

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.02.023
发表时间:2022
5

采用黏弹性人工边界时显式算法稳定性条件

采用黏弹性人工边界时显式算法稳定性条件

DOI:10.11883/bzycj-2021-0196
发表时间:2022

李俊的其他基金

批准号:31201889
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81770609
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:41502246
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30973917
批准年份:2009
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:31701143
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31601998
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300060
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81901562
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81072686
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:30572355
批准年份:2005
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:51302165
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11864017
批准年份:2018
资助金额:46.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30371766
批准年份:2003
资助金额:7.00
项目类别:面上项目
批准号:50806087
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81170224
批准年份:2011
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81372372
批准年份:2013
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:61701127
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31871327
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81802779
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31101124
批准年份:2011
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31500607
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31500273
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11605005
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20202007
批准年份:2002
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81802596
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61672490
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81273526
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51176212
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61774100
批准年份:2017
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81400674
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81560169
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21403145
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61902419
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30540068
批准年份:2005
资助金额:8.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81871077
批准年份:2018
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:30672475
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:30900859
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31401382
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61374069
批准年份:2013
资助金额:78.00
项目类别:面上项目
批准号:10574063
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:61773115
批准年份:2017
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:20862002
批准年份:2008
资助金额:27.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11104232
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41775045
批准年份:2017
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:61504098
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31771735
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:20903025
批准年份:2009
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30000205
批准年份:2000
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:29373094
批准年份:1993
资助金额:5.00
项目类别:面上项目
批准号:81772531
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:20774072
批准年份:2007
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:30700808
批准年份:2007
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31560591
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81870304
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:11602251
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30873081
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:81870293
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81270313
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:81702614
批准年份:2017
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81473268
批准年份:2014
资助金额:100.00
项目类别:面上项目
批准号:81501183
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21662004
批准年份:2016
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:41275107
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:61004035
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61367002
批准年份:2013
资助金额:42.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61402337
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41375024
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:31100236
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81670360
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21806048
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50876019
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

三维着装人体热湿传输代谢仿真模型

批准号:61672547
批准年份:2016
负责人:王若梅
学科分类:F0209
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
2

三维着装人体运动热生理仿真模型研究

批准号:61902105
批准年份:2019
负责人:贾楠
学科分类:F0209
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

人体运动状态下热防护服的蓄放热双重效应作用机理及皮肤烧伤预测

批准号:51906169
批准年份:2019
负责人:何佳臻
学科分类:E0603
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
4

针对着装图像的参数化人体重建

批准号:61572424
批准年份:2015
负责人:童若锋
学科分类:F0209
资助金额:64.00
项目类别:面上项目