第３３卷第１０期
２０１２年１０月
紡織學報
文章編號
暖體假人表面溫度的均勻性
王毅 ，王銘 ，鄒鉞 ，李書政 ，劉贅
（１．公安部第三研究所，上海
２０００３１；２．東華大學環境科學與工程學院，上海
２０１６２０）
摘要暖體假人是以電熱絲作為內熱源來模擬人體散熱的一種裝置，主要用於測試服裝熱阻，對表面溫度均勻性要求極高。為找影響假人表面溫度均勻性的主要因素，達到假人表面溫度分布均勻的要求，提出假人表面電熱絲的敷設方案和溫度測試方案。通過對比實驗，觀察假人**表面的溫度分布規律。
結果表明：電熱絲的敷設間隔、假人**的覆蓋厚度以及側面邊界條件對假人表面溫度均勻性都有不同程度的影響。
關鍵詞暖體假人；電熱絲；溫度；均勻性中圖分類號
文獻標誌碼：ａ，，
暖體假人是模擬人體與環境之間熱濕交換的儀
少。由於人體各個部位的溫度分布情況不同，暖體假人劃分了很多獨立的加熱區域，同一區域一般有２個測點，而計算熱阻時，這２個測點溫度的平均值
器裝置，被廣泛應用於紡織、環境、消防、石油、職業健康、交通安全、航空航天、建築等領域，除此之外，
還可以對空調系統的效能進行評價等 ｉ２ 。暖體假人是從２０世紀４０年代發展起來的一種新的模擬人體測試實驗用具，全球已研發了１００多個暖體假人 。國外已經有許多機構做了大量的研究，主要
代表了整個區域的平均溫度，因此假人表面溫度的均勻性直接影響裝置的精度。表面溫度均勻性是個非常難控制的環節，按照服裝熱阻測試方法：暖體假人法》要求把同一發熱區域的溫度波動控制在±０．２ ｏｃ範圍內。
為了達到高精度均勻，多使用導熱效能優越的金屬材料敷設在假
包括美國、加拿大、英國、法國、德國、俄羅斯、瑞典、丹麥、瑞士、芬蘭等，其中部分國家已經將此項先進技術應用到服裝、建築、環境、航空航天、消防、交通安全等領域。我國目前在暖體假人方面的研究還較
人表面 ，如銅，但是金屬材料會給加工和敷設帶來困難，製作成本較高，而且無法模擬人體**的柔
收稿日期修回日期
作者簡介：王毅（１９７８一），男，助理研究員，碩士。研究方向為建築安全。鄒鉞，通訊作者
第１０期王毅等：暖體假人表面溫度的均勻性ｌｌ５
對於方案５：在區域性加厚的２點所在的圓柱高
線上，同方案３中測試１），布置１２個ｐｔｉｏ０貼片式
熱電阻進行測試。
裝置之間的連線採用遮蔽線，防止訊號干擾造成測試資料偏差。測試需等到所有測點的溫度資料持續１０ ｍｉｎ不變，則可以認為溫度場已經穩定。選擇某一穩定時刻的溫度資料，把此時刻採集的所有測點溫度按照幾何排列順序匯入ｅｘｃｅｌ**，以曲線的方式顯示出來，觀察測試的曲線和資料，並且進行比較分析，得出結論。
２溫度測試結果及分析
２．１ 敷設間隔影響
由測試方案１、２、３得到的結果如表１所示。方案１中位於電熱絲正上方第１組的測點１和２的溫
度明顯高於位於相鄰兩電熱絲中間的第２組測點３和４的溫度，第１、２組測點溫差分別為０．７、０．６℃。
電熱絲的正上方是熱流的主要方向，且距離電熱絲
較近，而中間位置距離較遠且不是熱流的主流方向，矽膠內部的溫度還沒有來得及混合均勻，熱量已經
由表面散出去了。使用導熱係數更好的材料敷設在表面，縮短電熱絲之間的間距可以解決上述問題。
但是電熱絲間距若過密，敷設時難以控制其間距相等，微小的偏差可能會導致區域性表面敷設的電熱絲過多而使得區域性熱流量增大，增加不均勻干擾因素，故方案２把敷設間距縮小為０．５ ｅｍ。再次進行測
試，結果如表１中方案２的結果，第１、２組溫差均縮小至０．３℃。方案３中使用鋁箔覆蓋之後誤差已經在允許的範圍內。表面換熱係數一定，鋁箔的導熱性能良好，使得內部熱量混合的更加均勻。
排除了電熱絲間距過大和導熱係數差造成的影響。
表１ 電熱絲間隔的影響
℃２．２側面邊界和厚度影響
方案３和方案４中測試２），在圓柱表面沿著軸向以間隔２ ｃｍ均勻布置１２個ｐｔｉｏ０貼片式電阻，測
試結果如圖３所示。
１ｍｍ矽膠曲線是在電熱絲表面覆蓋１ｍｍ厚
圖４ 圓周方向溫度分布曲線
ｌ１６紡織學報第３３卷
沿著圓柱中間某個表面圓的方向沒有側面和邊
界可以散熱，所有的點散熱方向和性質都是等價的，由圖能夠看出，閉合曲面測得的溫度分布非常的均勻。這組實驗可以確定上組實驗溫度分布特點是由
於邊界散熱而造成的。
方案５的測試結果如圖５所示。溫度分布很不
均勻，２個較厚部位的溫度明顯偏低，當區域性厚度增加時，不但增加了導熱熱阻，同時也增加了散熱面積。導熱熱阻增加會使部分熱流向其他方向散失，
散熱面積增大會使表面溫度偏低，所以區域性表面溫度必然偏低。加工製作暖體假人表面**時一定要注意厚度均勻，一旦區域性較薄或較厚就會使得該部
位的溫度高於或低於整體溫度，直接導致表面溫度
不均勻。
圖５ 厚度不均勻的溫度分布曲線
３ 結論
由實驗結果可以看出，在以電熱絲作為熱源，導熱性能一般的材料模擬**的暖體假人表面，溫度均勻性主要受到電熱絲敷設間隔、敷設面側面散熱
以及敷設面厚度均勻度的影響。對上述實驗結果分
析得到以下結論：在暖體假人表面纏繞電熱絲時一定要選擇合適大小的間隔；製作人體柔軟的**時，需注意每個區域**厚度的均勻和非閉合曲面的
側面絕熱，以排除影響**溫度均勻的幾個重要岡
素。提高暖體假人區域**溫度的均勻性，服裝熱阻的測試資料將會更加準確、可靠。
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