2020生肖表

当前位置: 网站首页 > 技术文章 >

技术文章

燃烧假人在热防护服研究中的价值

发布时间:2016-05-18 09:24

几十年来,各国学者利用燃烧假人在服装热防护方面开展了一系列研究,包括对不同火场状况的模拟、阻燃面料的评测与选择、服装款式结构对防护性能的影响以及防护服热传递机制分析等。

不同火场状况的模拟
与小规模面料测试方法相比,假人测试的优点之一在于它能更加真实地模拟各种火场状况,包括不同的火焰大小和人体活动水平等。根 据 ASTMF1930—2000 和 ISO 13506—2008,燃烧假人测试装置一般模拟 热 源 热 能 为84 kW /m2。实 际 上 根 据 特定的研究目的,还可以模拟不同的火场环境。]提出并 不 是 所 有 阻 燃 防 护 服 都 要 承 受84 kW /m2 的热流,多数情况下,着装者可能只是在火焰周围工作,辐射才是最主要的热传递方式。对于海 军 日 常 工 作 环 境 来 讲,按 照 能 够 承 受 Thermoman测试的标准来设计服装是不经济甚至是不实际的。因此他改进了假人测试装置,并设计滑动装置来模拟舰船上发生的一般火场环境。假人可以静止在燃烧室门口也可以一定速度穿过火焰,以分别测试辐射和对流条件下服装的热防护能力。
Andrew[22]对文献 [17] 的悬吊装置进行了改进,使得假人可以佩戴帽子和呼吸装置,并通过设置假人穿越火场 的 速 度 来 获 得 与 Thermo-man 特 定 燃烧时间情况下相同的热流量。第 1 次模拟了动态条件下整体防护服性能测试,使得测试条件与实际更加接近。

阻燃面料的评测与选择
TPP 等小规模测试中,由于面料完全固定,因此无法反映其在测试过程中的动态反应,如 热 收 缩。而燃烧假人测试中,服装自然穿着于人体上,可以观察到燃烧过程中面料的动态变化。文 献[8]中,用Nomex 面料制作的服装在 4 s 的闪火后衣下空气层平均收 缩 50% ,而 在 腿 部 收 缩 近 90% ; 文 献[23]“东华火人”测试中,观察到 Nomex 面料制作的服装从第 3 s 开始发生剧烈收缩( 如图 4 所示) 。因此燃烧假人可 以 为 面 料 的 测 评 提 供 更 多 参 考 信 息。另外,在 TTP、RPP 测试中,面料都是水平放置,而服装着于人体身上,是垂直的状态,因此热传递的方向不同。Crown 等[24]设计了圆筒仪来模拟服装穿着的状态,并将其与不同测试 方 法 ( ASTM,CGSB 和ISO) 进行对 比,发 现 圆 筒 法 测 试 中,面 料 显 示 的 防护性能比水平放置差。因此利用燃烧假人评价面料的防护性能更为客观和实际。
在利 用 燃 烧 假 人 进 行 面 料 评 测 的 研 究 中,Behnke 等[25]比较 了 静 止 假 人 和 活 动 的 Thermo-leg测试系统。Thermo-leg 可以通过模拟跑步运动来模拟真实情况下受害者逃离火灾现场的情景,以测试动态条件下面料的防护性能。结果表明,在长时间动态接触火焰的情况下保持服装的强度和完整性比防护性更重要。研究中 NomexⅢA 和 Kevlar100 性能比 FR cotton 和 FR wool 要好。
Dale 等[26]比较了阻燃面料在 不 同 热 流 条 件 下的防护性能。发现本身阻燃的面料,如 Nomex@ ⅢA以及 Kevlar 和 PBI 的混纺织物,烧伤面积百分比随着热流的增加而稳定增加,而棉阻燃整理织物,在热流增加到 5. 97 ~ 8. 36 cal / cm2时,烧伤面积激增,原
因是棉阻燃整理织物的热分解温度比较低。Rossi 等[27]利用假人研究了多种天然和合成纤维的燃烧蔓延速度( FRP) 与达到二度烧伤时间的关系。发现 FRP 最大的织物达到二度烧伤的时间最短,而对于一些 合 成 纤 维,即 使 FRP 较 低 达 到 二 度烧伤的时间也比较短,这可能与面料的热传递性能有关。

服装款式结构对防护性能的影响
除了面料本身的阻燃耐热性能,服装款式结构对防护性 能 也 有 重 要 影 响。空 气 层 影 响 热 传 递 速度,进而影响达到二度烧伤的时间和面积,而不同的服装款式结构决定了衣下空气层不同的分布状态。Kim 等[28]对着装前后的假人进行三维扫描,将衣下间隙的分布量化,通过燃烧假人实验分析烧伤度与衣下间隙的关系。研究表明,衣下间隙的分布状态对服装的防护性能具有一定的影响,肩部、胸部等间隙量小的部位更容易引起烧伤。
也用三维人体扫描仪测量了不同号型防火服的衣下空气层分布,建立了烧伤模型与空气层之间的关系,并用数值模型预测得到最佳空气层厚度为 7 ~ 8 mm,超过这个值,空气层中出现对流,防护性能不再随空气层的增加而增加。
Tannie 等[30 - 31]研究 了 女 式 防 护 服 和 男 式 防 护服防护程度的差异。发现女式服装下背处空气层厚度虽然很大,却没有提高防护性能,主要因为对流的影响。并且由于该部位的隆起,造成了热量在臀部的聚集,臀部烧伤严重。而男款服装由于腰部采用单层面料设计,腰部烧伤严重。
因此服装的款式结构对其防护性能有重要影响。通过燃烧假人再现人体在火场中的实际穿着状况,对于阻燃防护装备的结构与款式设计具有重要意义。

阻燃防护服热传递机制分析
通过燃烧假人模拟不同燃烧条件,传感器监测人体皮肤表面温度和热流量的变化,获得不同的边界条件,可以为阻燃装备热传递机理研究提供重要的研究手段。
建立了一个闪火中单层服装热传递的数值模型,研究了面料的热物理性能、闪火环境特征、面料的收缩和合体因子、服装初始温度和测试环境对热防护性能 预 测 结 果 的 影 响,并 用 Pyroman 进 行验证实验。
Matej 等 [32]建 立 了 一 个 热 传 递 模 型 并 提 供 了一种计算逆热传导的有效算法,基于假人燃烧表面传感器所获得的温度数据,利用所提供的算法程序得到皮肤的热流量,进而得到烧伤度的分布。他们还研究了皮肤各层的参数和厚度对烧伤积分计算结果的影响[33]。基于燃烧实验中假人表面传感器采集的温度数 据,通过改变皮肤的参数,包 括 导 热 系数、热容、各层厚度,得到不同参数条件下的烧伤积分。结果发现,真皮层的参数变化决定了最后的烧伤分布。

燃烧假人的应用前景及展望
假人测试系统的改进
1) 进一步改进传感器,更加接近真实皮肤的性质。在燃烧假人本体设计中,传感器的选用是一个重要的部分。目前使用的传感器主要有铜片传感器和皮肤模拟传感器,但二者都有不足之处。铜片传感器的吸热速度与皮肤有所不同,皮肤的温度上升要比铜片传 感 器 快; 而皮肤模拟传感器的密度、热容、散热系数与皮肤都有一定差距[17]。因此改进传感器,使之更接近皮肤的热吸收能力,对于提高燃烧假人测试的精确性具有重要意义。
2) 燃烧假人与出汗假人相结合,全面客观评测防护服。目前的测试条件下,无论是 TPP 测试装置还是燃烧假人测试系统都不能模拟水汽传递。而研究表明,水汽对于防护性能具有重要影响,是不可忽略的因素[34 - 35]。消防员在灭火过程 中 服 装 经 常 被淋湿,而消防员本身也会出汗。如果能将燃烧假人改进,可以模拟出汗状态,即实现燃烧假人与出汗假人的完美结合,就可以为防护服的整体测试,无论是防护性能测试还是舒适性能测试提供更客观的测试结果。
3) 燃烧假人的智能化研究,更加真实模拟救火情况。国际上现有的燃烧假人大部分都不能活动。而活动水平的不同必定影响防护性能的测试结果,因此对热防护性能的评价和研究不能局限于静止状态下的情况。如果给假人装上智能系统,使其像真人一样地活动,就能更加真实地模拟消防员实际救火情况,更加客观全面地评测消防服。
4) 真实再现各种火场状况,拓宽阻燃防护服的研究领域。现行燃烧假人系统只能模拟常规火场环境,但火场中除了火,还有可能有水、烟气、毒,改进燃烧假人测 试 系 统,使 其 既 可 以 模 拟 火,又 能 模 拟水、毒、烟气的火场环境,可以拓宽阻燃防护服的研究领域。
应用领域的拓宽
燃烧假人测试技术是国际公认的客观评价服装整体热防护性能的最优技术,作为服装科学与燃烧工程学、生物物理学等交叉的国际前沿尖端科技,科学价值重大。未来其应用领域主要有以下几点:
1) 测试和分析服装。利用燃烧假人测试系统,可以开展各种消防服、军服等防护装备阻燃性能测评及影响因素研究。缩短阻燃新材料与装备研究周期,提高研究水平,促进个体防护装备的发展。
2) 研究人体。利用燃烧假人测试系统,创造真实的火焰 服装 皮肤的环境条件,监测燃烧过程中假人皮肤热流和温度变化,对于进一步进行人体皮肤组织烧伤分析的生物物理学研究提供了有效的数据基础。
3) 安全防护。除了消防服,普通的服装也需要一定的阻燃性能。燃烧假人不仅可以用在军用防护服测试,在民用方面对于推进热防护织物、服装等装备研发,防护火灾和热辐射等危险环境对人体造成的热伤害,也具有重要研究意义。


更多关于:燃烧假人


幸运飞艇靠谱投注平台【上荣鼎复制rd1133.com网址】极速快3彩票北京赛车可靠平台网址【上荣鼎复制rd1133.com网址】天天体育新闻网九州彩票网【上荣鼎复制rd1133.com网址】秒速飞艇官网实时开奖十大澳门线上娱乐城【上荣鼎复制rd1133.com网址】秒速赛车-开奖结果-记录-官网ag真人视讯【上荣鼎复制rd1133.com网址】乐趣彩票导航网址【上荣鼎复制rd1133.com网址】