基于结构特征的织物热传递性能预测研究进展

来源:用户上传      作者:李金屿 杨允出 刘鸣茗

　　 摘 要：为了预测织物热传递性能，更好地进行织物设计，从而提高织物的热舒适性能，从不同建模方法的角度介绍了与织物结构参数及内部特征相关的织物热传递性能预测模型，包括统计模型、人工神经网络模型、数学理论模型和有限元模型，并分析了各类预测模型的特点和适用范围。回顾并总结了近年来国内外织物传热模拟的研究现状。此外，总结了含水分织物以及含相变材料织物的热传递模型及研究进展。综合以上文献分析，指出可通过优化织物结构特征提升织物热传递性能，并提出织物传热性能预测研究的发展趋势，为服装热舒适性研究提供新的思路。
　　关键词：织物结构;热传递性能;预测模型;传热模拟;建模方法
　　中图分类号：TS101.8
　　文献标志码：A
　　文章编号：1009-265X（2022）01-0018-08
　　Abstract： In order to predict the heat transfer properties of fabrics accurately， design fabrics better， and improve the thermal comfort of fabrics， the prediction models of heat transfer properties related to the structural parameters and internal characteristics of fabrics are introduced from different modeling methods， including statistical model， artificial neural network model， mathematical theoretical model and finite element model， the characteristics and application scope of different kinds of prediction models are analyzed. The research status of heat transfer simulation of fabrics at home and abroad in recent years is reviewed. Besides， the heat transfer model and research progress of fabrics containing moisture and fabrics containing phase change materials are summarized. Based on the above literature analysis， it is pointed out that the heat transfer properties of fabrics can be enhanced by optimizing the structural characteristics of fabrics， and the development trend of studies on the prediction of heat transfer properties of fabrics is proposed， so as to provide a new idea for the research of thermal comfort of garments.
　　Key words： fabric structure; heat transfer properties; prediction model; heat transfer simulation; modeling method
　　物结构特征是其服用性能的决定性因素之一，织物中热量传递和温度分布情况会受织物结构特征的影响，研究织物和纱线的结构特征及基本参数对织物传热性能的影响十分重要[1-3]。与传统的实验测试方法相比，利用织物热传递性能预测模型能方便快捷地获取织物热导率、热阻、克罗值等表征织物传热性能的指标，可以更好地进行织物和服装设计，从而获得相应的服用性能，避免样衣制作环节，节约时间及成本[4-5]。建立织物热传递性能预测模型的方法有很多，常见的有统计方法、神经网络算法、分形建模、物理建模、数学建模、有限元建模等[6]。
　　近年来，织物热传递性能的预测研究取得了一定进展。一些学者运用数值方法预测研究了织物交织规律对织物传热性能的影响[4-5]，还有学者综述了多孔织物热质传递的数值模拟研究进展[7-8]。但此前的研究多基于纯数值理论的模拟预测，针对不同建模方法的织物热传递性能预测的综述性研究较少。本文概述了织物结构特征对其传热性能的影响预测研究，介绍了国内外不同类型的织物热传递性能预测模型，包括统计模型、人工神经网络模型、数学理论模型和有限元模型，对比分析了不同类型预测模型的特点及适用范围。此外，还总结了含有不同组分的织物传热模拟的相关研究，旨在更好地了解织物热传递性能预测的研究现状和发展前景，为织物服用性能的优化以及新型织物的开发提供参考。
　　1 织物热传递性能预测模型
　　1.1 统计建模和人工神经网络
　　研究织物各结构参数对传热性能的综合影响时，可以借助于统计模型来预测热阻。Bhattacharjee等[9]基于响应面统计分析法，建立了两种热流条件下的多项式方程。结果表明，当以经纬纱密度、纱线间距、厚度、织物重量、孔隙率等结构参数均作为变量时，可得到响应函数，且所得热阻预测值的测定系数高，平均误差小。Afzal等[10]采用不同线密度和涤棉混纺比的纱线在不同的紧密度下编织而成织物样品，对针织物的各项参数进行测试和计算，利用这些输入参数建立作为预测涤棉混纺针织物热阻的二次型模型，如式（1）-式（3）所示：
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