热护式热板仪风道系统的研究

摘要

面料热阻是面料热学性能的重要评价指标，其准确性直接影响到服装的热舒适性。面料热阻测量标准有多个，各个标准都有相应的仪器，但不同仪器对面料热阻的测量值存在较大差异。国际标准ISO11092-1993出现后，热阻测量由原来的无风测量改为有风测量，这又给热阻测量带来了新的问题。本文基于热护式热板仪的工作原理，提出了热板仪自平衡概念。在无风状态下，热板仪热板表面温度能够达到热自平衡，而在有风状态下，热板表面温度不再是均匀状态，测量热板与热护板之间需要形成新的热平衡才能满足热阻测量过程中无热量损失的要求。
　　本文基于面料干热传递理论、热板仪基本工作原理，分析了1m/s风速条件添加的必要性，并提出了有风情况下热板仪的自平衡条件。对目前市场上不同热板仪的风道系统结构进行了剖析，分析了它们存在的问题，并以ASTM型结构的606E热板仪为原型，对其风道进行了重新设计。新风道主要在三方面进行了改进：一是加长、加宽和加高了风道，增加入风口与出风口到热板仪的距离，使热板仪处于风最均匀的风道中部位置；二是由原来的正压吹风更改为负压吸风，即风扇安装在风道的出口处风向向外，吸风形成的层流风相较于吹风形成的湍流风更加均匀；三是在风扇入风侧增加均布小孔的阻尼板，因为阻尼产生的压差较大，风扇附近的涡流区被消耗，所以阻尼板前流经热板上方的气流更加均匀。另外，新风道将环境温度传感器移到了风道外部，纠正了因翻译产生的差错。整个新风道研制过程分成两部分，一是新风道的搭建，包括风扇、直流电源、风速调节器等相关硬件设备的购买和KT板等风道制作材料的准备以及风道的制作和组装；二是对新装置的调试，包括风道内气流均匀性的调试和热板表面温度场的分析。
　　装置制作完成后，首先利用新装置对三块不同厚度的海绵标样进行了测量，将测试结果与理论值进行对比，相较于与原装置的测量结果，新的测量结果与理论值更加接近，相对偏差在12.69％以内，而原装置的偏差在17.2%以上，由此证明新装置设计的合理性和可靠性。还对国际标样进行了叠加法测量，测量结果同样优于SGHP型出汗热板仪的测量结果。最后对24块不同种类的面料进行了热阻测量，将测量结果与606E原装置及进口装置SGHP热板仪热阻值的测量结果进行了对比分析，数据显示，新装置的数据重复性更好，所测热阻与面料厚度呈现更好的线性相关性。
　　另外，新风道的设计方便拆装，能够同时满足GB/T11048-2008中A法和B法的测量要求，拆除风道即可进行B法（无风）测量。
　　文章最后指出了本课题存在的不足及新装置需要改进的地方，如实验中用来制作风道的材料简单非耐用，制作的新装置离实用产品还有一定的距离；还有本课题由于条件所限缺乏对606E热板仪内部结构更深入的研究，无法克服606E本体的系统误差。

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1 绪论

1. 1 引言

1. 2 面料热阻概述

1. 3 热板仪发展概况

1. 4 课题概况

2 热板仪理论与结构分析

2. 1 面料干热传递方式

2. 2 热板仪工作原理

2. 3 热板仪本体结构分析

2. 4 现有热板仪存在系统误差

2. 5 热板仪表面风场的分析

2. 6 本章小结

3 热板仪风道系统分析

3. 1 现有的常见风道设计形式

3. 2 热板仪的自平衡条件

3. 3 606E热板仪的表面温度场

3.4 SGHP热板仪的表面温度场

3. 5 新风道系统的设计

3. 6 本章小结

4 风道系统的研制和调试

4. 1 设备介绍

4. 2 风道系统的搭建

4. 3 风道系统装置调试

4. 4 温度场分析

4. 5 本章小结

5 试验与数据分析

5. 1 相关公式介绍

5. 2 试验设计

5. 3 标样热阻数据对比

5. 4 24块面料不同热板仪测试结果对比

5. 5 24块面料不同热板仪测试重复性对比

5. 6 24块面料热阻与面料厚度相关关系对比分析

5. 7 本章小结

6 结论与不足

6. 1 结论

6. 2 不足与展望

参考文献

附录

附录1 24块面料小样图

附录2实验相关仪器

附录3新装置下海绵标样热阻值

附录4原606E热板仪海绵标样热阻值

附录5新装置下国际标样热阻值

附录6 SGHP热板仪测国际标样热阻值

附录7新装置所测24块面料热阻值原始数据

附录8原606E面料热阻测试值

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