热防护服防护性能测试评估方法

2024年3月31日发(作者：我都懂得)

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热防护服防护性能测试评估方法

热防护服是指对在高温条件下工作的人体进行安全保护，从而避免人体受到高温伤害的各种保护性服

装，它主要用来减少热在人体皮肤上的积聚，从而保护皮肤不被烧伤或灼伤。因此，许多安全防护行业要

求职工工作中须穿着防护服装，以防高温辐射。即使在穿着防护服装的情况下，在极高温环境中人体也有

可能被高温灼伤皮肤，因此，很多研究者就热防护服装和织物的热防护性能进行了大量的研究。

目前已研制出小规模(Bench—top tests)测试、火人测试及美国伍斯特军事学院的热属性评价装置

(Thermal Properties Test Fixture，T阳F)¨J，用来评价各种热危险环境下织物或服装的热防护性能。从国外

所述文献[8—11]来看，定量的评价热防护服装的热防护性能过程中，需要运用皮肤传热模型，并结合

Henriques皮肤烧伤方程，才能得到人体皮肤达到二级烧伤所需时间t：，但是所有的皮肤传热模型都是基

于如下的Pennes传热方程建立的：

从物理学与生理学来说，Pennes皮肤传热方程的本身就存在着一些问题，尤其是在瞬间的高温传热过

程中。实际上，该模型是在基于经典的Fourier热流定律基础上建立起来的，这也就是隐含着这样的一个假

设，即认为介质中的热传播速度无限大，这就相当于只要介质内某处温度发生变化，就会瞬间引起另一点

的温度变化，然而对于像人体皮肤这类生物组织来说，热量从一点传输到最近一点需要对热扰动响应作出

反映的松弛时间丁H3。，因此，在评价热防护服热防护性能时，需要考虑到皮肤组织传热速度有限的因素，

以使烧伤预测值更接近实际皮肤烧伤结果。

笔者介绍一种新型皮肤传热方程，即考虑了热量在皮肤传递速度有限的热波皮肤模型来测量皮肤的烧

伤度，从而以此热防护服用织物层下皮肤烧伤级别来评价织物的热性能。首先，通过模拟皮肤器表面的热

电偶测量模拟器的温度，通过将温度值代入Diller法则公式决定皮肤模拟器吸收的热量值；然后，再将得到

的热量值作为热波皮肤模型的边界条件预测皮肤基面温度，结合Henriques皮肤烧伤模型得到皮肤二级烧伤

的时间；同时还比较了运用Pennes皮肤模型与TWMBT模型预测皮肤烧伤时间与皮肤温度变化的结果。

1热波皮肤模型

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根据傅立叶热流定律，并考虑皮肤生物组织传热速度有限的物理事实，Cattaneo。14o提出了非稳态下

的一维热流方程，即非Fourier公式的线性展开：

当7-珈，式(3)即转化为著名的Pennes生物传热方程。由于生物组织中的热传播速度远较其他材料(如

金属、液体等)为小，其热松弛时间(如肉类下一20—30 S)远大于金属等的r一10。10一10。4 S，因而考虑

了热有限传播速度的热波模型更合理，更能反映生物传热的本质。

实际传热过程中，皮肤组织上传热实际上主要发生在垂直皮肤表面一维方向，并且假定容积发热源为0，

根据式(3)，那么皮肤组织上的稳态温度值t(戈，0)分布如下：

初始条件(t=o)：

0(z)=0 (9)

式中，t，为皮肤受热时间。数值解方程时，假定皮肤表面和体核的温度是一个常数，分别为32．5℃

和37。C。通过在整个求解皮肤区域内建立有限数目的网格，将温度场各微分方程变换为节点方程，运用完

全隐式差分格式，编写VB程序计算节点温度和热流量值。

2 实验

2．1实验装置

实验装置采用的是改进的辐射防护性能(RPP)测试仪，如图1所示，其测试基本原理同NFPA1977[1副标

准方法(防野火防护服装与装备标准)所述类似。辐射源装置由5根500 W的红外石英灯管作为辐射热源，垂

直地对试样进行热辐射。热源的辐射热量由调压变压器控制，通过调节输入电压，使石英灯管辐射出规定

的热流量为0．5 caL／(cm2·s)或2．0 cal／(cm2·s)。

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