[发明专利]消防服热防护性能检测用热流仪及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热流仪，具体涉及一种消防服热防护性能检测用热流仪和其测试方法。

背景技术

 消防服隔热防护性能测试方法要求之一是要测量着装人体的温度上升程度，也就是测试分析人体皮肤达到一定烧伤所需要的时间，从而可以测试组成消防服装所用防护织物的热防护性能（Thermal Protective Performance，简称TPP）。目前，消防服的热防护性能检测用的热流仪由铜片构成，根据铜片的温度上升曲线并结合Stoll曲线来确定人体皮肤达到二级烧伤所需时间。然而Stoll烧伤准则是Stoll和Chianta两位研究者通过实验确定皮肤在4.2～16.8kW/m²的热暴露环境下皮肤二级烧伤时间，而暴露热流量在此范围之外的二级烧伤时间，则是通过外推法而得，而且，应用Stoll方法首要前提是保证入射到皮肤表面热流量是一个恒定值，任何小的波动变化都会使Stoll准则失效；另外，铜片与人体皮肤的热属性相差甚远，并不能达到模拟人体皮肤吸热的效果。因此必须合理的选择模拟皮肤的热流仪来准确确定真实人体皮肤表面吸收热流量显得异常重要。目前现有检测消防服热性能的热流仪或者传感器都是一维的，即考虑服装传热的一维性，而模拟人体躯干形状的消防服检测用径向热流仪未见报道。

常温下所选模拟皮肤实验材料有多种，包括丙纶、微孔聚四氟乙烯薄膜、纯棉布等等，但在高温环境下，由这些材料所做成的模拟皮肤的物理属性会随温度的变化而变化，超高温下会发生焦化，其实验重复性差。目前在热防护织物的小规模及热防护服装的“火人”（Thermo man）测试中，多用铜片热流计作为测量热源发热量及消防服装织物性能的装置。根据测试的需要，评价热防护性能的热流仪必须满足实验耐热时间长、量程广、热属性与人体皮肤属性相似等特性。

但无论采用何种热流计，满足人体真实形状且与体皮肤属性相似的特性是至关重要的，否则所测量得到的热量与实际人体皮肤吸收的热量相差太大，不能真正的达到织物防护性能测量结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有效防护热防护性能检测用热流仪测试结果有偏差、重复性差，提供一种测试结果更为准确、重复性好的消防服热防护性能检测用热流仪，还提供了该热流仪的测试方法。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种消防服热防护性能检测用热流仪，包括人工玻璃晶体制作的皮肤模拟器，在皮肤模拟器表面开设凹槽，在凹槽里装有热电偶，热电偶的接线沿皮肤模拟器圆周方向穿过皮肤模拟器接入转换器，热电偶的测量端粘结于皮肤模拟器表面。

所述皮肤模拟器为圆柱形。

所述皮肤模拟器外径为80mm、厚度为18.8mm。

所述的人工玻璃晶体为热传导率为1.5W/m·K，使用范围在－270℃～＋800℃；从800℃急冷至0℃不破碎，200℃急冷到0℃强度不变化的玻璃类材料

一种消防服检测用热流仪测试方法，是按照下述方式进行的：

（1）测量皮肤模拟器的表面温度T₁；

（2）计算入射到热流仪表面热量q〞，

其中，是皮肤模拟器的密度；

分别是皮肤模拟器比热

（3）将入射到热流仪表面的热量q〞值代入到一维径向Pennes方程或者RSTWM皮肤传热方程式中，计算得到皮肤温度值T，

一维径向Pennes方程如下

RSTWM皮肤传热方程如下

　　

其中：——皮肤组织的密度

——皮肤组织的比热

——皮肤组织的导热系数

——人体血液的密度

——人体血液的比热

——血流灌注率

——新陈代谢产热

——激光、微波等外来能量被生物组织吸收后表现为容积发热源

吸收后表现为容积发热源

——人体动脉温度

——皮肤温度值

——皮肤模拟器的外直径

        ——皮肤模拟器温度与初始稳态温度值之差。

（4）预测皮肤烧伤度Ω，将测试分析并计算得到的皮肤温度值T作为输入参数代入到Henriques皮肤烧伤积分模型：

                  

通过积分得式：

                 

式中：Ω——皮肤烧伤破坏程度的量化值，无量纲；

R——摩尔气体常数，8.31J/mol·K；