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新型防护液冷服的结构与性能研究

作　者: 金敬业
导　师: 杨建忠
学　校: 西安工程大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 防护液冷服冰冰晶相变微胶囊个体冷却
分类号: TS941.79
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在炎热天气和许多行业的高温工作环境中，人体可以通过各种自身调节手段来维持体内温度的相对稳定，但人体自身温度调节范围有限，特别是长时间处于高温环境中时，严重的热应激会大大降低人们的工作效率和生活质量。本课题旨在通过对新型防护液冷服的结构与性能的研究，促进便捷、长效、廉价的个体冷却服装的民用化和日常化。研究对象为局部性躯干液冷服（即液冷背心），采用被动式冷源，工作时需要把蓄冷物放入冰箱中冷冻蓄冷后作为液冷服的冷源。以恒温水浴作热源，蒸馏水作传热介质，分别测试了以冰、高吸水冰晶、乙二醇溶液、相变微胶囊乳状液作蓄冷物时，蒸馏水温度随时间的变化情况，并以降温速率、最低温度、动态平衡时间、升温速率、特定温度以下持续时间为指标，分析不同蓄冷物的冷却效果。试验说明，冰的蓄冷量较大，水浴33℃时500g冰能够使水温在30℃以下保持85min，但其冷却速率较快，最低温度达到12℃，容易产生令人难受的过冷；随着冰质量的增大，蒸馏水降温速率增大，最低温度降低，冷却时间延长，降温速率和最低温度的变化量减小。高吸水冰晶蓄冷时，最低水温介于24℃和28℃之间，并且水温在30℃以下分别保持86min和65min；水温降低缓慢，最小只有0.38℃/min，难以在高温高活动量时进行有效地快速降温；冷冻2h后，冷冻时间继续延长冷却效果变化不大。设计了L9（3~4）正交试验对乙二醇溶液蓄冷进行测试，结果表明水浴37℃时，乙二醇浓度分别为10%和30%、冷冻时间分别为2h和3h的试验组达到的最低温度分别为23.6℃和25.5℃，在33℃以下分别保持了45min和57min，冷却效果相对较好；延长冷冻时间能够延长有效冷却时间，同时也会大幅拉低最低温度，容易造成过冷。对PCM25和PCM35两种相变调温微胶囊进行SEM观察和DSC分析，测试PCM25乳状液作蓄冷物的冷却效果。试验说明，浓度10%时降温速率较大，水温保持30℃和33℃以下时间为90min和56min，但冷冻时间4h时最低温度小于20℃；浓度30%时，调节温度变化的能力较强，但在试验范围内对有效冷却时间影响不大。本课题设计正交试验，测量PCM25相变微胶囊乙二醇乳状液在冰蓄冷时的传热性能。结果显示，6#乳状液（微胶囊6.25%，乙二醇0.25%）的降温速率和最低温度适中，30℃以下保持时间较长为80min，具有较好的调温效果。在上述试验的基础上，开展液冷服实际穿着试验，结果不仅表明蓄冷物的添加可显著减缓循环液的升温速率，也实际验证了蓄冷物的上述冷却特点。创新性地设计了复合蓄冷结构，用PCM25微胶囊乙二醇乳状液作为冰蓄冷的传热保护层，试验表明，循环液的最低温度为22.2℃，介于冰与冰晶之间，更接近于冰，能够使人感觉凉爽且无过冷现象；降温速率为0.77℃/min，显著低于冰，略高于冰晶，降温相对温和，最低温度维持时间为40min，30℃以下保持时间110min，综合来看，液冷服获得了较好的冷却效果。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
1 绪论  8-13
  1.1 个体冷却需求背景  8
  1.2 防护冷却服概述  8-11
    1.2.1 国内外研究发展情况  8-10
    1.2.2 防护冷却服的分类及特点  10-11
  1.3 本课题研究的意义与主要内容  11-13
2 液冷服的结构、试验方法、药品与仪器  13-28
  2.1 液冷服作用原理与理论分析  13-17
    2.1.1 作用原理  13-14
    2.1.2 理论分析  14-17
  2.2 液冷服的结构分析  17-22
    2.2.1 人体产热分析  17-18
    2.2.2 液冷背心的结构  18-22
  2.3 试验方法、药品  22-26
    2.3.1 试验方法  22
    2.3.2 试验药品  22-26
  2.4 试验仪器  26-28
3 冰蓄冷与冰晶蓄冷的测试结果与分析  28-37
  3.1 冰蓄冷的测试条件、结果与分析  28-30
    3.1.1 冰蓄冷的测试条件  28-29
    3.1.2 冰蓄冷测试结果与分析  29-30
  3.2 冰晶蓄冷的测试条件、结果与分析  30-34
    3.2.1 冰晶蓄冷的测试条件  30-31
    3.2.2 冰晶蓄冷测试结果与分析  31-34
  3.3 冰蓄冷与冰晶蓄冷的效果对比与适用性分析  34-36
    3.3.1 冰蓄冷与冰晶蓄冷的效果对比  34-35
    3.3.2 冰与冰晶用作液冷服蓄冷材料时的适用性分析  35-36
  3.4 本章小结  36-37
4 乙二醇溶液蓄冷的测试结果与分析  37-41
  4.1 试验准备  37-38
  4.2 测试结果与分析  38-40
  4.3 本章小结  40-41
5 相变微胶囊乳状液蓄冷的测试与分析  41-50
  5.1 相变微胶囊的表观形态  41-42
  5.2 相变微胶囊的 DSC 测试与分析  42-44
  5.3 相变微胶囊乳状液蓄冷的测试与分析  44-49
    5.3.1 浓度 10%相变微胶囊蓄冷的测试  45-47
    5.3.2 浓度 30%相变微胶囊蓄冷的测试  47-49
  5.4 本章小结  49-50
6 相变微胶囊乙二醇乳状液的传热测试与液冷服穿着试验  50-61
  6.1 试验准备与样品  50
  6.2 相变微胶囊乙二醇乳状液的传热测试与分析  50-54
    6.2.1 相变微胶囊乙二醇乳状液正交试验一测试与分析  50-52
    6.2.2 相变微胶囊乙二醇乳状液正交试验二测试与分析  52-54
  6.3 实际穿着试验结果与分析  54-60
    6.3.1 室内安静穿着试验的条件、结果与分析  54-57
    6.3.2 室外活动穿着试验的条件、结果与分析  57-60
  6.4 本章小结  60-61
7 结论  61-63
  7.1 课题结论  61-62
  7.2 不足与展望  62-63
参考文献  63-67
附录  67-80
攻读学位期间发表论文  80-86
致谢  86

新型防护液冷服的结构与性能研究

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