风速与风向对人体热交换影响的CFD仿真模拟

为了提升灾害环境中人体热损伤评估精度并保障应急救援人员的生命安全,首先将暖体假人进行三维激光扫描得到数值假人,并按照人体生理构造将其划分为20个区块,通过ICEM软件建立气候室,设置0°~180°的风向;然后通过FLUENT软件计算得到0.2~5.0 m/s风速时的人体显热换热量和辐射换热量,在此基础上求得对流换热量;最后将模拟结果与文献中数据进行对比验证,并分析不同风速与风向对人体热交换的影响。结果表明:提出的计算流体动力学(CFD)仿真模拟方法可有效模拟人体不同部位的换热量;风速的增加会促进人体与环境之间的热交换,当风速从0.2 m/s增加到5.0 m/s时,人体整体对流换热量从56 W/m^(2)增加到360 W/m^(2);人体表面局部部位之间对流换热量有明显的差异,其中四肢部位与环境之间的热交换受风速影响更为明显;风向对人体整体对流换热几乎没有影响,但躯干部位对流换热量受风向的影响较大;在非对称风向(45°、90°、135°)下,人体对流换热量呈现非对称式分布。本研究可为人员安全评估、极端环境下人体热反应建模、防护装备研发等提供基础数据。

消防员认知和功能能力评估工具研究进展

为探讨消防员认知和功能能力评估工具存在的不足,综述消防员认知和功能能力评估工具的国内外研究进展,系统比较现有评估工具的评价效果以及适用范围,在此基础上论述消防员防护装备、工作强度以及外界环境等多种因素对消防员认知和功能能力的影响,并针对现有评估工具所存在的局限性,提出更为高效化、智能化的解决对策。研究结果可为消防员的认知能力培训、功能能力训练、高效实战演习以及防护服的设计提供理论和实践参考。

冷环境下基于暖体假人的帐篷内部热舒适性研究

为了解冷环境下帐篷内部温度变化规律和人员服装需求热阻(IREQ)及身体区域失温风险,以国标救灾帐篷和非标防疫棉帐篷为对象,利用暖体假人开展-10~10℃环境下试验,探究不同类型帐篷的保温性能,并利用经验公式评价人员在帐篷内热舒适性,根据服装热阻对人与环境换热过程的影响,分析暖体假人各部位温度变化情况及加热服对身体区域的改善效果。研究结果表明:国标救灾帐篷比非标防疫棉帐篷保温性能好,且温度越低两者相差越大;人在帐篷内部的热舒适性随温度降低而降低,其中,地板温度对人体局部不满意率影响较大;当服装热阻低于需求热阻时,暖体假人左前臂和右小腿温度下降幅度最大,分别为4.7和5.3℃,当打开加热服加热,服装覆盖区域温度明显上升;当环境温度降到-10℃,即使打开45℃加热档位暖体假人各区域温度仍出现明显下降,其中暖体假人左前臂下降5.3℃,右前臂下降6.5℃左右。

地铁地面站热环境对运营安全的影响及改进——以北京市亦庄文化园站为例

为改善轨道交通地面站的夏季高温环境,提升运营的安全性和舒适性,以北京地铁亦庄文化园站为研究对象,采用12台蒸发冷却机组直接送风的方式进行热环境改善,并通过现场温度检测对比和CFD软件建模分析的方法进行验证。结果表明:该方式可使该地面站台夏季平均温降接近5℃。对轨道交通新线建设、工程改造等均具有较强的技术价值和指导意义。

灭火防护服贝叶斯建模与热防护性能影响分析

为揭示灭火防护服传热参数对热防护性能的作用机制,结合贝叶斯推断,构造灭火防护服传热参数与热防护性能指标的概率回归关系。基于表征灭火防护服“环境-服装-空气层-皮肤”传热过程的时变微分方程组,提取影响热防护性能的传热参数;利用贝叶斯推断方法,构造织物传热参数与热防护性能指标的概率回归模型,分析传热参数对热防护性能影响的权重大小以及概率分布信息,并进一步借助交叉检验验证所提贝叶斯模型的有效性。结果表明:显热容、织物厚度与烧伤时间近似呈正相关关系,热传导率与烧伤时间近似呈负相关关系;此外,织物厚度对热防护性能的影响显著大于显热容以及热传导率。该模型能反映不同织物参数对皮肤烧伤指标的影响程度,实现织物参数对热防护性能影响的有效量化评价。

防护服对消防员上肢移动性的影响

为提升防护服工效性能,保证救援工作效率,利用三维动作捕捉技术采集9名受试者穿着不同服装时的运动数据并计算关节活动度,结合疲劳度及活动受限程度主观评价,通过方差分析和路径分析定量研究防护服对上肢移动性的影响。结果表明:与基础服装相比,穿着防护服时肩关节活动度减小了25.9%~40.2%(p<0.05),肘关节活动度减小了15.6%~20.7%(p<0.05),防护服显著增大了肩、肘关节的疲劳度和活动受限程度;服装质量通过活动受限程度影响疲劳度,进而影响肩关节活动度,中介效应显著。研究可为高性能防护服开发提供数据支撑与理论指导。

高温高湿低压低氧环境下人体生理应激反应研究

模拟高海拔高温高湿隧道作业环境,研究环境温度和大气压力及其交互作用对人体生理指标的影响,分析了人体生理指标受环境参数影响的规律和显著性。实验结果表明,人体口腔温度、平均皮肤温度、心率、舒张压、血氧饱和度和失水率受环境温度的影响显著(p<0.05);人体平均皮肤温度、心率、收缩压、舒张压、血氧饱和度和失水率受大气压力的影响显著(p<0.05);人体平均皮肤温度、心率、血氧饱和度受环境温度和大气压力交互作用的影响显著(p<0.05)。该研究可为高温高湿低压低氧环境下作业人员的生理状态监测提供指导。

煤的低温氧化实验研究及红外光谱分析

对不同温度下的氧化煤样通过红外光谱分析其微观结构及特征,得到煤样在不同低温氧化阶段的基团变化,从微观角度掌握煤样氧化过程的变化规律。通过对唐口煤矿1302工作面煤样的低温氧化和红外光谱分析,得到唐口煤矿煤样在低温氧化阶段的自燃倾向性和氧化过程中微观结构的变化规律,该成果为制定矿井内火灾的防治技术提供了科学依据。

高温职业危害风险分级与分级管理研究

为进一步研究高温作业职业危害风险强度,探讨高温作业环境条件下环境温度与劳动强度对劳动者健康的影响及其联合作用。采用高温环境模拟仓实验与建筑行业露天高温作业现场调研和测试相结合的方法,以高温环境和心血管体能负荷值(%CVL)作为高温作业危害风险分级的主要参照指标。提出了高温作业职业危害风险分级的技术方法和针对不同程度高温职业危害风险管理措施的具体建议,为保护高温作业劳动者安全与健康提供科学依据。

深井受限空间高温环境影响模拟试验研究

为探索研究矿井高温热害对人体生理健康和工作效率的影响,分析了矿井高温热害的来源和对人体的危害。根据人体生理反应特征选取人体响应综合指标,基于深井受限空间高温环境模拟试验装备,模拟深井受限空间高温环境,开展了矿井高温对人体生理健康及工作效率影响危害的物理模拟试验。利用高温模拟试验结果数据构建了多元线性回归预测模型,对人体响应指标与温度之间的关系进行了准确的定量分析。试验结果表明,温度对血压、心率、呼吸率、疲劳度、注意力和记忆力的影响较大,而对体温、反应时间的影响则较小,并确定了相关的影响程度的预测模型。试验结果为研究深井受限空间高温作业危害和制定相关的职业健康标准提供了科研根据。

液态CO_2相变制冷降温试验研究

为解决煤矿深井开采过程中的降温问题,提出一种以液态CO_2作为冷源的热害治理新方法,采用自行设计的液态CO_2相变制冷降温装置进行地面试验,研究液态CO_2降温效果及其冷量利用率,以验证该降温方法的有效性。结果表明:试验条件下,液态CO_2注入流量分别为14.722、16.484、19.168和23.146 kg/min时,对应制冷能力依次为89.8、97.2、109.6和128.6 kW,风流温度依次降低6.2、6.8、7.5和8.6℃,含湿量依次减少2.746、3.066 5、3.613 5和4.09 5 g/kg,液态CO_2冷量利用率达到95%以上;当液态CO_2注入量增加到一定程度时,该降温系统的制冷量达到最大;析湿工况下,换热器的析湿系数与入口风流相对湿度成正相关关系。

高温环境下不同体力劳动强度对心血管负荷指数影响研究

基于心率变化的心血管负荷指数作为评估人体疲劳程度的指标之一,得到国内外专家学者的广泛研究。为进一步研究高温环境下不同体力劳动强度对心血管负荷指数的影响,探讨高温作业下不同劳动强度人体疲劳程度的变化,分析出不同温度下人体可接受的体力劳动强度。通过采用实验仓模拟不同的高温环境,以心血管负荷指数(%CVL)作为人体疲劳程度的分级指标,最终得到了高温环境下从事不同体力劳动强度的心血管负荷指数回归方程,以及不同高温环境下人体可承受能力下可进行的体力劳动强度,为高温环境劳动者制定合理和健康的作业安排提供科学依据。

屏蔽服冷却系统对人体表面温度影响的研究

为科学有效地论证多种方式组合的冷却屏蔽服在不同环境条件下对人体表面温度控制的效果,需要对冷却系统及人体敏感部位发热量进行客观评估。通过对5名健康男性的高温测试,探究人体在不同环境温度下体表温度的变化,得出胸部、背部及额头为热量最高部位,并构建以“人体-降温屏蔽服-外界环境”为主体的冷却系统数值模型,对不同环境中的屏蔽服冷却效果展开研究,分析穿戴冷却屏蔽服时人体躯干部分的温度分布及影响。结果表明:在屏蔽服中靠近胸部、背部部位引入相变材料和风扇,均可帮助人体降低体温,提高舒适度。

长时热辐射环境对消防头盔防护特性的影响

消防头盔的防护性能对于判断消防救援人员在热暴露环境中的安全十分重要。利用自主设计的长时热辐射测试平台,研究了消防头盔暴露于4级热辐射强度(2、5、7和10 kW/m^(2))下热学、力学、光学等性能参数的变化规律,测定了消防头盔各部位的内外温升、硬度和照度。结果表明:热暴露过程中,消防头盔的内外温升随热辐射强度的增大而增加,硬度、照度皆随热辐射强度的增大而衰减;当温度达到200℃时面罩起泡导致透光率下降,当热辐射强度为10 kW/m^(2)时面罩起泡面积过大造成其光学性能失效,且盔壳硬度过低造成其力学防护性能失效;消防头盔内顶部填充的缓冲层可有效吸收辐射热量,降低盔内温度,但不同位置热辐射对盔内温升速率无显著的影响。

高温户外环境电网作业人员热应激预测评价

为了预测分析户外高温环境下电网作业人员热安全风险,采用预测热应激(Predicted Heat Strain,PHS)模型,考虑人体基础代谢率个体差异性和人体移动与风速对服装热阻和湿阻的影响,应用改进后的预测热应激模型对多种户外高温作业环境工况和不同劳动强度下电网作业人员的核心体温、出汗量等生理参数和最大允许暴露时长进行计算分析。结果表明:在户外高温环境中,随着环境温度、相对湿度和新陈代谢率的升高,电网作业人员的核心体温也随之升高,湿热环境中风速的增加会加剧电网作业人员的热应激;当电网作业人员从事代谢率为240 W/m^(2)高劳动强度工作时,可接受的最大工作时长相比代谢率为190 W/m^(2)中度劳动强度工作时长减小50%以上。研究结果可为电网公司夏季户外工作组织策略制定和作业人员热安全防护提供参考支持。

冷却服发展状况述评

高温工作环境严重影响工人的工作效率,并容易造成人的中枢神经系统失调,使人疲劳、精神恍惚,进而造成事故率上升.穿着冷却服是抵御高温侵害、提高工作效率的有效方法之一.根据冷却面积的大小可将冷却服分为全身性冷却服和局部性冷却服,根据冷却介质不同又可将冷却服分为气体冷却服、液体冷却服和相变冷却服.并从冷却服结构、重量、方便拆洗、持续工作时间、穿着舒适性等方面进行了分析,总结了已有冷却服普遍存在的突出问题,为各行业今后进一步探索、改进、研发新型冷却服提供参考.

湿热和干热环境下通风服的冷却效果

为了更好地指导作业人员在高温环境下合理使用通风服,通过人体实验对比研究了湿热和干热环境下通风服对人体冷却效果的差异。在人工环境舱分别营造湿热(空气温度/湿度分别为34℃/90%、36℃/90%)、干热(空气温度/湿度分别为34℃/50%、36℃/50%)共4种不同热环境,志愿者穿着通风服在跑步机上通过跑步(4 km/h)模拟劳动,对比分析通风服风扇关闭和开启(风量为12 L/s)时的生理参数、主观热感觉投票(TSV)和主观湿感觉投票(WSV)的变化情况。结果表明:除了36℃/90%之外,其余3种工况下通风服均能降低平均躯干温度和平均皮肤温度,平均躯干温度最大降幅为1.2℃,平均皮肤温度最大降幅为0.63℃,但通风服对口腔温度的影响很小;TSV的降幅在16.0%~30.4%之间,WSV的降幅在0~43%之间。通风服对高温环境中的劳动人体具有一定的冷却效果,但在湿热环境下通风服的冷却效果可以忽略,此时需要配备冷源设备才能提供冷却作用。

灭火救援期间消防员皮肤烧伤损伤的数值模拟

为保障消防员生命安全和提升灾害应对能力,开展消防员灭火救援时皮肤烧伤风险的精准评估。首先,建立皮肤–衣下空气层–消防服系统热传递方程组;其次,通过织物周期运动与热暴露距离的变化进行修正;最后,离散求解获取皮肤组织的温度变化规律,进而预测皮肤烧伤等级与时间。结果表明,各辐射热暴露下当前模型预测的二度烧伤时间与文献模拟值仅有5.45%~13.60%的相对误差,吻合性较好。热暴露期间(20kW/m^(2))通过织物运动表征人体运动状态和仅考虑热暴露距离的变化时二度烧伤时间分别提前28.4%和延缓6.7%,严重影响救援研判精度。此外,观察到织物运动振幅与皮肤烧伤时间呈负相关。

改善室外高温环境作业人员热舒适的实验研究

为了提高夏季室外高温日晒环境下作业人员的热舒适,将降温处理后的空气沿通风管路送入衣下空间,改善人体衣下微环境,通过采用真人实验的方式分析了通风温度与人体主观热舒适、热感觉之间的关系。结果表明,在通风与不通风的两种工况下,人体平均皮肤温度在10分钟左右趋于稳定,通风后人体主观热感觉、热舒适得到明显改善,送风温度为26℃时人体冷感觉明显,室外30℃及以上温度送风对于热感觉的改善效果不明显,通风温度为28℃时人体主观热感觉趋于“中性”,热舒适投票趋于“舒适”,通风效果最佳。

相变微胶囊涂层织物在热防护服中的应用

为优化热防护服的热防护性能,将相变微胶囊涂层织物应用于织物系统中,制成具有调温功能的新型热防护服织物系统。选取4种相变温度的微胶囊悬浮液,制成3种相变含量的涂浆,采用干法涂层工艺制成涂层织物。测试涂层织物的基本性能变化,利用接触热防护测试仪评价织物系统的防护性能。结果表明:涂层处理后织物拉伸性能、导热系数均增大,相变焓与含量呈正相关关系;同时,涂层处理显著提高织物系统的热防护性能,二级烧伤时间平均延长66%,与微胶囊含量、相变温度以及相变焓密切相关。