一種消防員灼傷預(yù)警的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于消防員防護的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種消防員灼傷預(yù)警的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]世界每年都有成千上萬的人員因為火災(zāi)而燒傷，甚至喪失寶貴的生命。在火災(zāi)環(huán)境非常惡劣的時候，消防員穿著火災(zāi)防護服暴露于火災(zāi)現(xiàn)場，熱量被傳遞至火災(zāi)防護服內(nèi)會造成以下三種傷害:因傳遞至身體的熱量過高造成的消防員的皮膚灼燒，因帶有熱量的火災(zāi)防護服對皮膚擠壓造成的蓄熱燒傷，和因皮膚出汗造成的蒸汽燙傷。由此可見，火災(zāi)防護服的防護性能很大程度也與火災(zāi)防護服、人體之間的動態(tài)熱濕互動過程有著十分緊密的聯(lián)系。
[0003]為了研宄火災(zāi)防護服裝的防護性能，人們主要采用三種方法:真人著裝測試法、客觀實驗測試法和計算機模擬法。真人著裝測試容易將受試者置于危險狀況，而客觀實驗往往受限于樣品和測量手段使其實驗結(jié)果顯得蒼白無力。隨著計算機模擬技術(shù)的出現(xiàn)，可以模擬火場環(huán)境以及防護服裝的熱濕機理，為消防員燒傷預(yù)警提供了強有力的工具。雖然國內(nèi)外研宄者在模擬火災(zāi)防護服中本身的熱濕傳遞過程取得了成功，但卻沒有考慮火災(zāi)防護服與人體的動態(tài)熱濕互動過程以及人體熱生理調(diào)節(jié)機制對于防護效果的影響，以及在此模型的基礎(chǔ)上整合皮膚燒傷模型對灼傷進行預(yù)警。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種消防員灼傷預(yù)警的方法，其通過測量火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量，以及消防員身體各部位當前的皮膚溫度，作為輸入?yún)?shù)，實時輸入到建立的灼傷預(yù)警模型軟件中，根據(jù)模型預(yù)測出的人體皮膚溫度生理參數(shù)的變化曲線，最后預(yù)測出皮膚燒傷時間，給消防員及時預(yù)警。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案予以解決:
[0006]一種消防員灼傷預(yù)警的方法，包括如下步驟:
[0007](I)實驗測試，測得火災(zāi)防護服材料基本物理屬性、熱防護性能和火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量、以及消防員身體各部位當前的皮膚溫度；
[0008](2)模型建立，根據(jù)火災(zāi)防護服在動態(tài)變化的火場環(huán)境下的傳熱與傳濕的機理，建立的防護服動態(tài)熱濕傳遞模型；根據(jù)人體的熱生理系統(tǒng)以及體溫調(diào)節(jié)機理，建立的人體熱生理模型；根據(jù)皮膚燒傷機理，建立皮膚燒傷模型；
[0009](3)模型整合，根據(jù)步驟(I)的測試結(jié)果和火災(zāi)防護服與人體動態(tài)熱濕交互過程的機理，對于它們之間的動態(tài)交互過程進行數(shù)學描述，將所述人體熱生理模型和防護服動態(tài)熱濕傳遞模型兩個模型整合為火災(zāi)防護服-人體模型，基于建立的所述火災(zāi)防護服-人體模型，整合所述皮膚燒傷模型，組成灼傷預(yù)警模型。
[0010](4)對于消防員救災(zāi)過程進行動態(tài)仿真，根據(jù)所述灼傷預(yù)警模型模擬灼傷預(yù)警。
[0011]作為優(yōu)選的技術(shù)方案:
[0012]本發(fā)明中，所述人體熱生理模型采用多節(jié)點模型，將人體分為頭、軀干、手臂、手、腿和腳段，每段又分為體核、肌肉、脂肪、皮膚四層，且該人體熱生理模型包括一汗水皮膚積聚模型。
[0013]本發(fā)明中，所述防護服動態(tài)熱濕傳遞模型，根據(jù)人體熱生理模型所劃分的段，每一段都采用多層結(jié)構(gòu)的一維多孔介質(zhì)傳熱與傳濕模型，采用有限容積法離散化控制方程。
[0014]本發(fā)明中，所述皮膚燒傷模型，基于表皮層和真皮層之間的界面溫度或者真皮層和皮下組織之間的界面溫度來預(yù)測燒傷程度。
[0015]本發(fā)明中，所述步驟(3)中整合皮膚燒傷模型，需要將所述人體熱生理模型的皮膚分為三層:表皮層、真皮層和皮下組織。
[0016]本發(fā)明中，所述步驟(4)中的仿真與模擬，火災(zāi)防護服不直接與火焰接觸，而且火災(zāi)防護服沒有發(fā)生熱降解。
[0017]由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的一種消防員灼傷預(yù)警的方法具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明通過測量火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量，以及消防員身體各部位當前的皮膚溫度，作為輸入?yún)?shù)，實時輸入到建立的灼傷預(yù)警模型軟件中，根據(jù)模型預(yù)測出的人體皮膚溫度生理參數(shù)的變化曲線，最后預(yù)測出皮膚燒傷時間，給消防員及時預(yù)警，使其及時撤離危險位置。使用本發(fā)明專利提出的消防員灼傷預(yù)警方法，可以有效避免消防員在火場中被燒傷，甚至喪失寶貴的生命。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的防護服動態(tài)熱濕傳遞模型的三層結(jié)構(gòu)熱濕傳遞示意圖
[0020]圖2a是本發(fā)明的人體熱生理模型示意圖；圖2b是每段的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面根據(jù)附圖和【具體實施方式】，對發(fā)明作進一步說明:
[0022]一種消防員灼傷預(yù)警的方法，包括如下步驟:
[0023](I)實驗測試:
[0024]從火災(zāi)防護服上取樣，測試火災(zāi)防護服以及其各層織物的傳熱與傳濕性能的相關(guān)各項物理性能參數(shù)(厚度、密度、導熱系數(shù)、比熱、反射率、反射率等)，以配置一維火災(zāi)防護服模型中的各項基本物性參數(shù)；根據(jù)ASTM F 1060-87標準和ASTM F2302-03標準測試火災(zāi)防護服的多層防護材料的熱防護性能用以配置模型；
[0025]由熱傳感器探測火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量、以及消防員身體各部位當前的皮膚溫度作為模型的輸入；
[0026](2)模型建立:
[0027]根據(jù)火災(zāi)防護服在動態(tài)變化的火場環(huán)境下的傳熱與傳濕的機理，建立的防護服動態(tài)熱濕傳遞模型；根據(jù)人體熱生理所劃分的段，每一段都采用多層結(jié)構(gòu)的一維多孔介質(zhì)傳熱與傳濕模型，采用有限容積法離散化控制方程，如圖1所示為三層結(jié)構(gòu)熱濕傳遞示意圖；
[0028]根據(jù)人體的熱生理系統(tǒng)以及體溫調(diào)節(jié)機理，建立的人體熱生理模型，采用多節(jié)點模型，如圖2a所示，將人體分為多段(頭、軀干、手臂、手、腿和腳)，每段又分為體核、肌肉、脂肪、皮膚四層，且該人體熱生理模型包括一汗水皮膚積聚模型；
[0029]根據(jù)皮膚燒傷機理，建立皮膚燒傷模型，基于表皮層和真皮層之間的界面溫度或者真皮層和皮下組織之間的界面溫度來預(yù)測燒傷程度；
[0030](3)模型整合，根據(jù)步驟(I)的測試結(jié)果和火災(zāi)防護服與人體動態(tài)熱濕交互過程的機理，對于它們之間的動態(tài)交互過程進行數(shù)學描述，將人體熱生理模型和防護服動態(tài)熱濕傳遞模型兩個模型整合為火災(zāi)防護服-人體模型，基于建立的火災(zāi)防護服-人體模型，將人體熱生理模型的皮膚分為三層:表皮層、真皮層和皮下組織(如圖2b所示)，整合皮膚燒傷模型，組成灼傷預(yù)警模型；
[0031](4)對于消防員救災(zāi)過程進行動態(tài)仿真，根據(jù)灼傷預(yù)警模型模擬灼傷預(yù)警，仿真與模擬，是在火災(zāi)防護服不直接與火焰接觸的情形下，而且火災(zāi)防護服沒有發(fā)生熱降解的情形。
[0032]但是，上述的【具體實施方式】只是示例性的，是為了更好的使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括范圍的限制；只要是根據(jù)本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種消防員灼傷預(yù)警的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)實驗測試，測得火災(zāi)防護服材料基本物理屬性、熱防護性能和火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量、以及消防員身體各部位當前的皮膚溫度； (2)模型建立，根據(jù)火災(zāi)防護服在動態(tài)變化的火場環(huán)境下的傳熱與傳濕的機理，建立的防護服動態(tài)熱濕傳遞模型；根據(jù)人體的熱生理系統(tǒng)以及體溫調(diào)節(jié)機理，建立的人體熱生理模型；根據(jù)皮膚燒傷機理，建立皮膚燒傷模型； (3)模型整合，根據(jù)步驟(I)的測試結(jié)果和火災(zāi)防護服與人體動態(tài)熱濕交互過程的機理，對于它們之間的動態(tài)交互過程進行數(shù)學描述，將所述人體熱生理模型和防護服動態(tài)熱濕傳遞模型兩個模型整合為火災(zāi)防護服-人體模型，基于建立的所述火災(zāi)防護服-人體模型，整合所述皮膚燒傷模型，組成灼傷預(yù)警模型。 (4)對于消防員救災(zāi)過程進行動態(tài)仿真，根據(jù)所述灼傷預(yù)警模型模擬灼傷預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述人體熱生理模型采用多節(jié)點模型，將人體分為頭、軀干、手臂、手、腿和腳段，每段又分為體核、肌肉、脂肪、皮膚四層，且該人體熱生理模型包括一汗水皮膚積聚模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述防護服動態(tài)熱濕傳遞模型，根據(jù)人體熱生理模型所劃分的段，每一段都采用多層結(jié)構(gòu)的一維多孔介質(zhì)傳熱與傳濕模型，采用有限容積法離散化控制方程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述皮膚燒傷模型，基于表皮層和真皮層之間的界面溫度或者真皮層和皮下組織之間的界面溫度來預(yù)測燒傷程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中整合皮膚燒傷模型，需要將所述人體熱生理模型的皮膚分為三層:表皮層、真皮層和皮下組織。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(4)中的仿真與模擬，火災(zāi)防護服不直接與火焰接觸，而且火災(zāi)防護服沒有發(fā)生熱降解。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種消防員灼傷預(yù)警的方法，包括如下步驟：(1)實驗測試；(2)模型建立；(3)模型整合，根據(jù)步驟(1)的測試結(jié)果和火災(zāi)防護服與人體動態(tài)熱濕交互過程的機理，進行數(shù)學描述，將人體熱生理模型和防護服動態(tài)熱濕傳遞模型兩個模型整合為火災(zāi)防護服-人體模型，基于建立的火災(zāi)防護服-人體模型，整合皮膚燒傷模型，組成灼傷預(yù)警模型；(4)動態(tài)仿真，根據(jù)灼傷預(yù)警模型模擬灼傷預(yù)警。本發(fā)明通過測量火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量，以及消防員身體各部位當前的皮膚溫度，作為輸入?yún)?shù)，實時輸入到建立的灼傷預(yù)警模型軟件中，根據(jù)模型預(yù)測出的人體皮膚溫度生理參數(shù)的變化曲線，最后預(yù)測出皮膚燒傷時間，給消防員及時預(yù)警。
【IPC分類】G01N25-20
【公開號】CN104597076
【申請?zhí)枴緾N201410781366
【發(fā)明人】萬賢福, 李 東, 汪軍
【申請人】浙江紡織服裝科技有限公司, 東華大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月16日