吳珺秋, 李 俊,2,3, 王 敏,2

(1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院, 上海 200051; 2. 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東華大學(xué)), 上海 200051; 3. 上海市紡織智能制造與工程一帶一路國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室, 上海 200051)

人體-服裝-環(huán)境系統(tǒng)存在著復(fù)雜的熱濕傳遞過程[1],人體著裝熱濕舒適性受到人體活動(dòng)水平、服裝熱濕性能以及環(huán)境溫濕度條件等因素的共同影響。采用服裝性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試相關(guān)指標(biāo),可以從一定程度上解析著裝熱濕舒適性的影響機(jī)制[2]。在此基礎(chǔ)上,許多學(xué)者建立了織物或服裝層面的熱濕傳遞模型[3-5],并以此預(yù)測(cè)著裝人體的熱濕舒適狀態(tài)[6-7],以及基于模型進(jìn)行更為深入的機(jī)制研究。已有模型通常分為干熱傳遞模型和熱濕耦合傳遞模型兩類,其中,基于對(duì)織物內(nèi)部或衣下空間復(fù)雜形態(tài)和傳熱行為的細(xì)化考慮,干熱傳遞模型已從一維發(fā)展至三維[8-9]。由于水分傳遞對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響較為復(fù)雜,熱濕耦合傳遞模型多集中于一維[10]。

作為一類特殊的功能服裝,相變冷卻服多用于高溫環(huán)境下的熱防護(hù)[11]。由于服裝中包含相變材料,通過其相態(tài)變化吸收或釋放熱量[12],使其熱傳遞過程相對(duì)于普通服裝更為復(fù)雜[13]。另外,研究也發(fā)現(xiàn),由于相變材料透濕性較差且表面溫度較低,導(dǎo)致皮膚表面水分不僅不能及時(shí)向環(huán)境擴(kuò)散[14],還會(huì)在相變材料表面產(chǎn)生冷凝[15],這使得針對(duì)相變冷卻服熱濕傳遞模型的構(gòu)建更為困難。對(duì)相變材料相態(tài)變化及其傳熱過程的模擬、解析水分的傳遞過程及其對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響,是相變冷卻服熱濕傳遞模型構(gòu)建的研究難點(diǎn)。

本文在剖析相變冷卻服中熱濕傳遞方式與路徑的基礎(chǔ)上,討論其熱濕傳遞模型構(gòu)建的相關(guān)研究進(jìn)展,以及模型在相變冷卻服開發(fā)與性能優(yōu)化方面的應(yīng)用現(xiàn)狀,以期為相變冷卻服熱濕傳遞機(jī)制研究工作提供參考。

1 相變冷卻服中的熱濕傳遞

1.1 相變材料對(duì)熱濕傳遞的影響

相變冷卻服由外到內(nèi)依次由外層織物、相變材料及內(nèi)層織物構(gòu)成,相變材料以材料包的形式置于內(nèi)層織物上口袋內(nèi)的形式較為常見,如圖1(a)[14]所示。相變冷卻服通過相變材料的熔化過程吸收人體熱量,無需額外制冷裝置,且相變材料包可以重復(fù)利用,具有降溫效果好、便攜、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

然而,相變材料的物理性能會(huì)對(duì)其濕傳遞產(chǎn)生影響,從而在一定程度上影響整個(gè)服裝的冷卻效果。一方面由于其透濕性較差,阻礙衣下微氣候內(nèi)水分及時(shí)傳遞到環(huán)境中,從而引起皮膚較明顯濕感和不舒適感[13];另一方面由于相變材料表面溫度較低,微氣候內(nèi)水分可能會(huì)在其表面產(chǎn)生冷凝,冷凝釋放的熱量加速相變材料熔化,導(dǎo)致其對(duì)人體所釋放潛熱的吸收減少[16-17]。針對(duì)這一問題,有學(xué)者進(jìn)一步開發(fā)了結(jié)合相變材料和通風(fēng)風(fēng)扇的混合冷卻服[18-19],通過增強(qiáng)對(duì)流和汗液蒸發(fā)來降低衣下微氣候濕度,如圖1(b)[19]所示。

圖1 冷卻服Fig. 1 Cooling clothing. (a) Phase change cooling clothing; (b) Hybrid cooling clothing

1.2 人體-服裝-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)的熱濕傳遞

在冷卻服穿用過程中,環(huán)境條件變化、人體運(yùn)動(dòng)、衣下空氣流動(dòng)、相變材料的相態(tài)變化、織物動(dòng)態(tài)吸放濕等都使得人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)熱濕傳遞處于動(dòng)態(tài)變化之中。

在人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi),傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射3種熱傳遞方式同時(shí)存在并相互影響[20],如圖2所示。首先,相變材料本身的吸放熱是研究重點(diǎn)。其次,構(gòu)成相變冷卻服的各層織物以傳導(dǎo)和輻射的方式在人體與環(huán)境之間交換熱量。第三,通常相變冷卻服與人體之間會(huì)存在基礎(chǔ)服裝,兩層服裝之間的空氣含量較多,由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)較小,導(dǎo)熱可以忽略不計(jì),此空間中發(fā)生的熱對(duì)流是研究的關(guān)注點(diǎn),包括自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流2種情形。自然對(duì)流由相變冷卻服衣下空間內(nèi)因流體中溫度差所導(dǎo)致的浮升力引發(fā)[21],而當(dāng)環(huán)境氣流增強(qiáng)、人體運(yùn)動(dòng)或通風(fēng)風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流。強(qiáng)制對(duì)流除了引起衣下空間的空氣流動(dòng)之外,還會(huì)促進(jìn)織物間隙中的空氣發(fā)生流動(dòng),從而改變織物的隔熱能力。第四,人體與基礎(chǔ)服裝之間間隙很小,二者之間的空氣對(duì)流難以形成,研究中通常關(guān)注其間的熱傳導(dǎo)和熱輻射。

圖2 人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)熱傳遞Fig. 2 Heat transfer in human body-cooling clothing-environmental system. (a) Phase change cooling clothing; (b) Hybrid cooling clothing

人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)的濕傳遞分為氣態(tài)和液態(tài)2種形式,如圖3所示。當(dāng)人體處于潛汗?fàn)顟B(tài)時(shí),水分以水蒸氣形式擴(kuò)散,包括由于層間蒸汽壓差和空氣對(duì)流時(shí)流體中水分濃度差產(chǎn)生的水蒸氣擴(kuò)散,織物的吸濕性會(huì)促進(jìn)這種擴(kuò)散,但相變材料的低透濕性會(huì)阻礙這種擴(kuò)散。隨著人體出汗量增加,當(dāng)皮膚表面汗液累積量大于35 g/m2時(shí)[22],織物的吸水性及芯吸性能使得液態(tài)水從皮膚向外傳遞[23]。

圖3 人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)濕傳遞Fig. 3 Moisture transfer in human body-cooling clothing-environmental system. (a) Phase change cooling clothing; (b) Hybrid cooling clothing

此外,通過相變冷卻服的熱濕傳遞同樣存在耦合作用。水分傳遞過程中會(huì)產(chǎn)生相變潛熱、吸附和解吸顯熱;同時(shí),水分也會(huì)影響織物層和空氣層的熱物理性質(zhì),織物層吸濕后其有效導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)發(fā)生變化,而空氣層相對(duì)濕度的增加導(dǎo)致其蓄熱量增加,從而影響熱傳導(dǎo)速率。水蒸氣擴(kuò)散過程中會(huì)出現(xiàn)冷凝,釋放熱量,同時(shí)冷凝水在織物中積聚[24],而冷凝水的再次蒸發(fā)又會(huì)吸收熱量。此外,在空氣層與相變材料對(duì)流換熱過程中,當(dāng)相變材料溫度低于空氣露點(diǎn)溫度時(shí),空氣中水蒸氣也會(huì)在相變材料表面冷凝并釋放熱量。

2 相變冷卻服熱濕傳遞模型構(gòu)建研究

相變冷卻服熱濕傳遞模型的構(gòu)建,主要針對(duì)織物-相變材料這一組合為對(duì)象進(jìn)行,發(fā)展過程主要分為3個(gè)階段。

第1階段,建立了不考慮水分對(duì)熱傳遞影響的織物-相變材料干熱傳遞模型。

第2階段,建立了織物-相變材料熱濕耦合傳遞模型。濕傳遞機(jī)制較為復(fù)雜,水分傳遞受到織物吸放濕性能、人體活動(dòng)水平和環(huán)境條件等多方面的影響,且傳遞過程中還存在相態(tài)變化,這一階段對(duì)熱濕傳遞模型的研究集中在水分相態(tài)變化及其對(duì)熱傳遞的影響方面。

第3階段,針對(duì)混合相變冷卻服及其它改進(jìn)手段,對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化,建立更為復(fù)雜的熱濕耦合傳遞模型。如:加入固體干燥劑層吸收微氣候多余的水分;加入風(fēng)扇增強(qiáng)汗液蒸發(fā)以降低微氣候濕度;以及加入隔熱層以減少相變材料熔化過程中從環(huán)境吸收的熱量。

2.1 織物-相變材料干熱傳遞模型

為分析相變冷卻服與人體之間的熱流量,Qiu等[25]基于焓法在包括固相、液相及兩相移動(dòng)界面的全域建立統(tǒng)一的相變材料傳熱方程,但在設(shè)定皮膚與相變材料的邊界條件時(shí),忽略了服裝熱阻對(duì)導(dǎo)熱過程的影響。

有學(xué)者[26]利用有限元方法模擬人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng),根據(jù)Marin[27]提出的相變材料-焓曲線定義相變傳熱階段,同時(shí)考慮了織物層對(duì)熱傳導(dǎo)的影響。但其僅考慮作為主要降溫方式的傳導(dǎo)散熱,而忽略了對(duì)流、輻射等熱傳遞方式。

干熱傳遞模型忽略了水分傳遞對(duì)能量交換的影響,與實(shí)際傳熱情況差異較大。

2.2 織物-相變材料熱濕耦合傳遞模型

為模擬人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)中各層之間的熱濕傳遞,Hamdan等[28]開發(fā)了織物-相變材料熱濕耦合傳遞模型,采用顯熱容法建立溫度為唯一待求參數(shù)的相變階段傳熱方程。該模型將相變換熱過程視作一個(gè)較小溫度變化范圍內(nèi)的一個(gè)大顯熱容量,從而把分區(qū)描述的相變問題簡(jiǎn)化為單一區(qū)域上的非線性導(dǎo)熱問題,但Hamdan提出的模型忽略了水分相態(tài)變化引起的能量交換。Itani等[29]在此基礎(chǔ)上加入水蒸氣在相變材料表面冷凝釋放的熱量,但考慮的冷凝位置仍不全面。

2.3 織物-相變材料復(fù)雜熱濕耦合傳遞模型

當(dāng)衣下微氣候內(nèi)相對(duì)濕度超過冷凝閾值時(shí),相變冷卻服的降溫效果和可用性會(huì)受到影響[30];因此,Itani等[31]在相變材料包內(nèi)表面加入固體干燥劑層以吸附微氣候內(nèi)多余水分,建立織物-相變材料-干燥劑熱濕耦合傳遞模型,考慮了干燥劑吸附熱以及相變材料、干燥劑與貼身織物之間的輻射熱傳遞,但濕傳遞和熱濕耦合傳遞仍未考慮全面,忽略了貼身織物吸濕過程中水分傳遞形式的改變,及其濕態(tài)熱阻的動(dòng)態(tài)變化。

也有學(xué)者在服裝下背部加入通風(fēng)風(fēng)扇,通過增強(qiáng)汗液蒸發(fā)來降低微氣候濕度,建立了織物-相變材料-風(fēng)扇熱濕耦合傳遞模型[15,22,32]。Bachnak等[22]考慮到織物吸濕后其有效導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)根據(jù)纖維、氣體混合物和液態(tài)水的混合比例而發(fā)生變化[24],建立了貼身織物在吸收水蒸氣和液態(tài)水狀態(tài)下的熱濕傳遞方程。其中,分別加入了吸附水蒸氣和冷凝、吸收液態(tài)水和蒸發(fā)釋放的熱量,進(jìn)一步完善了熱濕耦合傳遞過程。

上述模型針對(duì)冷卻服中織物層、空氣層和相變材料層分別建立熱濕傳遞方程,較為繁瑣。Wan等[15]建立了適用于織物-相變材料-風(fēng)扇模型任意層之間的熱濕傳遞方程,預(yù)測(cè)結(jié)果顯示相變材料在熔化過程中從外界環(huán)境吸收了超過50%的熱量?；诖?Kang等[32]在相變材料包外加入膨脹聚乙烯隔熱層,以減少熔化過程中吸收的環(huán)境熱量,使用Wan的建模方法和邊界條件建立了織物-相變材料-隔熱層-風(fēng)扇熱濕傳遞模型。

2.4 當(dāng)前模型存在的問題

當(dāng)前具有代表性的相變冷卻服模型的發(fā)展過程及其特點(diǎn)與不足歸納見表1。綜合看,當(dāng)前針對(duì)相變冷卻服所構(gòu)建的熱濕傳遞模型仍存在以下問題,可以在后續(xù)的研究中加以深入研究和優(yōu)化。

表1 模型研究發(fā)展過程Tab. 1 Development process of models

1)將通風(fēng)過程簡(jiǎn)化為衣下微氣候與環(huán)境之間的空氣交換,認(rèn)為各節(jié)段的空氣流速和空氣層厚度呈均勻分布,從而忽略對(duì)熱傳遞的影響。但有學(xué)者采用計(jì)算流體力學(xué)(computation fluid dynamics,CFD)研究表明外界空氣從服裝下端進(jìn)入時(shí)通風(fēng)率更大[33],與人體接觸后空氣流速變慢,熱通量降低[9]。并且,由于人體表面呈幾何形態(tài),各節(jié)段與服裝之間的空氣層并不呈均勻分布,隨著空氣層厚度增加,空氣導(dǎo)熱減小,而自然對(duì)流愈益明顯[21,34]。

2)輻射傳熱過程較為復(fù)雜,現(xiàn)有模型忽略或簡(jiǎn)化了熱傳遞主要方式之一的輻射熱傳遞。

3)未考慮纖維吸濕特性、紗線結(jié)構(gòu)、織物中各成分混合比例等微觀因素對(duì)相變冷卻服熱濕性能的影響。

3 模型在相變冷卻服研發(fā)中的應(yīng)用

人體穿著相變冷卻服時(shí)的熱舒適狀態(tài)受冷卻服性能、人體活動(dòng)水平、環(huán)境條件等因素的綜合影響[35]。為此,有學(xué)者將相變冷卻服模型與人體熱生理模型[36]、熱舒適模型[37]集成,不僅可以模擬人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)的熱濕傳遞過程,評(píng)估著裝人體的熱濕舒適性,還可以通過修改模型設(shè)置,預(yù)測(cè)選用不同相變材料時(shí)的冷卻效果,研究不同人體活動(dòng)水平和環(huán)境條件下相變冷卻服的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)和工作模式,從而達(dá)到優(yōu)化相變冷卻服性能的目的。

3.1 相變材料選擇

相變材料直接決定相變冷卻服的冷卻效果,因此對(duì)相變材料參數(shù)的選擇與優(yōu)化十分重要。相關(guān)熱濕傳遞模型可以通過性能預(yù)測(cè)為材料選擇提供建議。

Hamdan等[28]利用集成的分段熱生理模型[36]和織物-相變材料熱濕耦合傳遞模型研究表明,使用低熔點(diǎn)相變材料可以實(shí)現(xiàn)快速冷卻效果,但由于其通常具有較低熔化潛熱和較大液態(tài)密度,存在冷卻時(shí)間短、額外增重大、蓄冷耗能多的缺陷。Kang等[32]發(fā)現(xiàn)相變材料的冷卻持續(xù)時(shí)間隨著熔化溫度和潛熱的增大而延長(zhǎng),但在高溫環(huán)境中使用高熔點(diǎn)相變材料不足以從人體中吸收足夠熱量來緩解熱應(yīng)激。為此,Zheng等[38]提出了多熔點(diǎn)相變材料的復(fù)合應(yīng)用,分別采用15 ℃和23 ℃熔點(diǎn)的相變材料作為內(nèi)層和外層,從而在加快冷卻速率的同時(shí)延長(zhǎng)冷卻持續(xù)時(shí)間。Itani等[39]提出兩階段冷卻策略,采用集成的分段熱生理模型[36]和織物-相變材料熱濕耦合傳遞模型[28],研究適用于不同工作階段的相變材料熔化溫度,其認(rèn)為剛開始工作時(shí)人體蓄熱量較少,可以選用高熔點(diǎn)相變材料包,工作一段時(shí)間后需要選用低熔點(diǎn)相變材料包來緩解長(zhǎng)時(shí)間工作造成的熱感覺和疲勞感,從而實(shí)現(xiàn)以較低的相變材料質(zhì)量、材料成本和能源消耗,達(dá)到與降溫效果最優(yōu)的持續(xù)冷卻策略相似的熱舒適狀態(tài)。

相變材料的冷卻持續(xù)時(shí)間不僅取決于熔化潛熱,還與其添加量有關(guān)。Hamdan等[28]的研究表明增加相變材料量可以延長(zhǎng)冷卻持續(xù)時(shí)間,然而,相變材料的很大一部分冷卻效果被其額外增重、吸收外界環(huán)境熱量等負(fù)面影響所抵消[40]。Itani等[30,41]采用修正了相變冷卻服附加質(zhì)量對(duì)人體代謝影響的集成模型[29],研究如何在滿足人體熱舒適需求的前提下最大限度地減少額外增重,發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)環(huán)境溫度和作業(yè)時(shí)長(zhǎng)調(diào)節(jié)相變材料包數(shù)量。Kang等[32]采用集成的65節(jié)點(diǎn)體溫調(diào)節(jié)模型[42]和織物-相變材料-隔熱層-風(fēng)扇熱濕耦合傳遞模型研究了隔熱層熱阻對(duì)人體-冷卻服-環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)熱濕傳遞的影響,結(jié)果顯示相變材料從熱環(huán)境中吸收的熱量隨著隔熱層熱阻的增加而減少,因此,可以通過添加熱阻大且質(zhì)量輕的隔熱層,以實(shí)現(xiàn)在延長(zhǎng)冷卻持續(xù)時(shí)間的同時(shí)降低人體生理負(fù)荷的效果。

由于人體軀干的區(qū)域性生理特點(diǎn)不同,其對(duì)冷卻的敏感程度也存在差異,將相變材料均勻分配到整個(gè)軀干區(qū)域難以發(fā)揮最大冷卻潛力。Itani等[41]采用集成的分段熱生理模型[36]、熱舒適模型[37]和織物-相變材料熱濕耦合傳遞模型[28]研究了相變材料包分布方式對(duì)人體熱濕舒適性的影響,發(fā)現(xiàn)將相變材料包放在對(duì)冷卻更敏感的背部可獲得最佳整體熱感覺和熱舒適。

3.2 風(fēng)扇工作模式設(shè)計(jì)

運(yùn)行風(fēng)扇引起的空氣循環(huán)會(huì)引起2種相互競(jìng)爭(zhēng)的效果:一方面促進(jìn)環(huán)境向人體和相變材料的顯熱傳遞;另一方面加強(qiáng)皮膚表面汗液蒸發(fā)產(chǎn)生的潛熱損失。當(dāng)出汗量較少時(shí)運(yùn)行風(fēng)扇無法有效增強(qiáng)蒸發(fā)散熱,反而會(huì)增加人體熱負(fù)荷[43],因此,確定合適的運(yùn)行風(fēng)扇時(shí)間點(diǎn)對(duì)混合冷卻服的有效使用至關(guān)重要。

人體活動(dòng)水平?jīng)Q定著皮膚表面出汗量的多少,Bachnak等[22]利用集成的分段熱生理模型[36]和織物-相變材料-風(fēng)扇熱濕耦合傳遞模型,研究不同人體活動(dòng)水平下干燥貼身織物吸收汗液達(dá)到飽和狀態(tài)所需的時(shí)間,即蒸發(fā)熱損失明顯大于外界環(huán)境顯熱傳遞的時(shí)間點(diǎn),結(jié)果顯示該時(shí)間點(diǎn)隨著人體活動(dòng)水平的增加而提前。與持續(xù)運(yùn)行風(fēng)扇相比,織物吸濕飽和后再運(yùn)行風(fēng)扇的工作模式不僅可以提供更顯著的冷卻效果,還減少了相變材料吸收的環(huán)境熱量,從而增大冷卻效率,因此,使用混合冷卻服時(shí)可以根據(jù)實(shí)際活動(dòng)水平或出汗量來設(shè)置運(yùn)行風(fēng)扇時(shí)間點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)冷卻效率最大化。

3.3 環(huán)境適用性分析

環(huán)境條件直接影響著衣下微氣候狀態(tài),從而決定了不同除濕手段的可用性。在濕熱環(huán)境中,由于人體皮膚表面與空氣之間的溫度差和濕度差較小,通過運(yùn)行風(fēng)扇增強(qiáng)對(duì)流和蒸發(fā)的散熱方式受到限制[44];干燥劑可以通過吸附衣下空間內(nèi)水分來增強(qiáng)蒸發(fā)散熱,但同時(shí)也會(huì)由于釋放吸附熱而加速相變材料熔化[31]。

Itani等[45]采用前人建立的冷卻服模型[22,29,31]比較了相變冷卻服、相變材料-干燥劑冷卻服和相變材料-風(fēng)扇冷卻服在不同環(huán)境溫濕度條件下的降溫效果,以期得出最適用的冷卻服類型。結(jié)果表明,相變冷卻服不適用于干熱環(huán)境,因?yàn)橄嘧儾牧习璧K汗液蒸發(fā),減少了人體潛熱損失并引起皮膚明顯濕感覺;相變材料-風(fēng)扇冷卻服和相變材料-干燥劑冷卻服的熱濕舒適性在中等濕度環(huán)境下相似,但隨著濕度升高,由相變材料-干燥劑冷卻服引起的蒸發(fā)熱損失和軀干降溫效果比相變材料-風(fēng)扇冷卻服更顯著,因此相變材料-干燥劑冷卻服更適用于高溫高濕環(huán)境。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于相變冷卻服的熱濕傳遞分析,回顧了這一類特殊熱防護(hù)服裝的熱濕傳遞模型構(gòu)建及其應(yīng)用方面的研究進(jìn)展,相關(guān)研究存在的主要問題及未來的研究方向可總結(jié)為4方面。

1)全面考慮熱濕傳遞的多因素耦合。目前建立的相變冷卻服模型中熱傳遞過程主要考慮了傳導(dǎo)和對(duì)流,忽略了較為復(fù)雜的輻射傳熱,濕傳遞過程及其對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各層熱濕性能的影響仍未考慮全面。應(yīng)綜合考慮傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射傳熱及各傳熱之間的耦合,進(jìn)一步完善水分傳遞對(duì)能量交換的影響,減少模型簡(jiǎn)化造成的誤差。

2)基于計(jì)算流體力學(xué)CFD的冷卻服內(nèi)通風(fēng)過程動(dòng)態(tài)模擬和預(yù)測(cè)。衣下空間內(nèi)空氣流動(dòng)十分復(fù)雜,現(xiàn)有模型將通風(fēng)過程簡(jiǎn)化為衣下微氣候與環(huán)境之間的空氣交換,而忽略了空氣流動(dòng)過程中流速、空氣層厚度等的動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)熱傳遞的影響。采用CFD模擬衣下微氣候中的空氣流動(dòng)和傳熱行為,不僅可以更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)冷卻效果,還可以針對(duì)通風(fēng)冷卻效果較差的部位進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3)構(gòu)建多維熱濕傳遞模型。目前相變冷卻服熱濕傳遞模型多為織物厚度方向的一維模型,而冷卻服降溫效果與人體幾何形態(tài)、服裝合體性等因素均有關(guān),僅考慮一維熱濕傳遞顯然存在不足。隨著三維掃描和CFD技術(shù)的發(fā)展,相變冷卻服模型將從一維平面逐漸發(fā)展為三維系統(tǒng)。

4)熱濕傳遞模型構(gòu)建從宏觀角度向微觀角度轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)階段,熱濕傳遞模型將織物視為具有一定厚度的多孔介質(zhì),較少考慮到纖維成分、紗線結(jié)構(gòu)等微觀因素對(duì)于相變冷卻服熱濕性能的影響。未來應(yīng)進(jìn)一步從微觀角度出發(fā),考慮溫度和水分對(duì)織物層性能的影響,優(yōu)化熱濕傳遞模型。