一种消防员灼伤预警的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于消防员防护的技术领域，特别是一种消防员灼伤预警的方法。
【背景技术】
[0002]世界每年都有成千上万的人员因为火灾而烧伤，甚至丧失宝贵的生命。在火灾环境非常恶劣的时候，消防员穿着火灾防护服暴露于火灾现场，热量被传递至火灾防护服内会造成以下三种伤害:因传递至身体的热量过高造成的消防员的皮肤灼烧，因带有热量的火灾防护服对皮肤挤压造成的蓄热烧伤，和因皮肤出汗造成的蒸汽烫伤。由此可见，火灾防护服的防护性能很大程度也与火灾防护服、人体之间的动态热湿互动过程有着十分紧密的联系。
[0003]为了研宄火灾防护服装的防护性能，人们主要采用三种方法:真人着装测试法、客观实验测试法和计算机模拟法。真人着装测试容易将受试者置于危险状况，而客观实验往往受限于样品和测量手段使其实验结果显得苍白无力。随着计算机模拟技术的出现，可以模拟火场环境以及防护服装的热湿机理，为消防员烧伤预警提供了强有力的工具。虽然国内外研宄者在模拟火灾防护服中本身的热湿传递过程取得了成功，但却没有考虑火灾防护服与人体的动态热湿互动过程以及人体热生理调节机制对于防护效果的影响，以及在此模型的基础上整合皮肤烧伤模型对灼伤进行预警。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种消防员灼伤预警的方法，其通过测量火灾环境中火灾防护服表面的热流通量，以及消防员身体各部位当前的皮肤温度，作为输入参数，实时输入到建立的灼伤预警模型软件中，根据模型预测出的人体皮肤温度生理参数的变化曲线，最后预测出皮肤烧伤时间，给消防员及时预警。
[0005]为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以解决:
[0006]一种消防员灼伤预警的方法，包括如下步骤:
[0007](I)实验测试，测得火灾防护服材料基本物理属性、热防护性能和火灾环境中火灾防护服表面的热流通量、以及消防员身体各部位当前的皮肤温度；
[0008](2)模型建立，根据火灾防护服在动态变化的火场环境下的传热与传湿的机理，建立的防护服动态热湿传递模型；根据人体的热生理系统以及体温调节机理，建立的人体热生理模型；根据皮肤烧伤机理，建立皮肤烧伤模型；
[0009](3)模型整合，根据步骤(I)的测试结果和火灾防护服与人体动态热湿交互过程的机理，对于它们之间的动态交互过程进行数学描述，将所述人体热生理模型和防护服动态热湿传递模型两个模型整合为火灾防护服-人体模型，基于建立的所述火灾防护服-人体模型，整合所述皮肤烧伤模型，组成灼伤预警模型。
[0010](4)对于消防员救灾过程进行动态仿真，根据所述灼伤预警模型模拟灼伤预警。
[0011]作为优选的技术方案:
[0012]本发明中，所述人体热生理模型采用多节点模型，将人体分为头、躯干、手臂、手、腿和脚段，每段又分为体核、肌肉、脂肪、皮肤四层，且该人体热生理模型包括一汗水皮肤积聚模型。
[0013]本发明中，所述防护服动态热湿传递模型，根据人体热生理模型所划分的段，每一段都采用多层结构的一维多孔介质传热与传湿模型，采用有限容积法离散化控制方程。
[0014]本发明中，所述皮肤烧伤模型，基于表皮层和真皮层之间的界面温度或者真皮层和皮下组织之间的界面温度来预测烧伤程度。
[0015]本发明中，所述步骤(3)中整合皮肤烧伤模型，需要将所述人体热生理模型的皮肤分为三层:表皮层、真皮层和皮下组织。
[0016]本发明中，所述步骤(4)中的仿真与模拟，火灾防护服不直接与火焰接触，而且火灾防护服没有发生热降解。
[0017]由于采用以上技术方案，本发明的一种消防员灼伤预警的方法具有以下有益效果:
[0018]本发明通过测量火灾环境中火灾防护服表面的热流通量，以及消防员身体各部位当前的皮肤温度，作为输入参数，实时输入到建立的灼伤预警模型软件中，根据模型预测出的人体皮肤温度生理参数的变化曲线，最后预测出皮肤烧伤时间，给消防员及时预警，使其及时撤离危险位置。使用本发明专利提出的消防员灼伤预警方法，可以有效避免消防员在火场中被烧伤，甚至丧失宝贵的生命。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的防护服动态热湿传递模型的三层结构热湿传递示意图
[0020]图2a是本发明的人体热生理模型示意图；图2b是每段的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面根据附图和【具体实施方式】，对发明作进一步说明:
[0022]一种消防员灼伤预警的方法，包括如下步骤:
[0023](I)实验测试:
[0024]从火灾防护服上取样，测试火灾防护服以及其各层织物的传热与传湿性能的相关各项物理性能参数(厚度、密度、导热系数、比热、反射率、反射率等)，以配置一维火灾防护服模型中的各项基本物性参数；根据ASTM F 1060-87标准和ASTM F2302-03标准测试火灾防护服的多层防护材料的热防护性能用以配置模型；
[0025]由热传感器探测火灾环境中火灾防护服表面的热流通量、以及消防员身体各部位当前的皮肤温度作为模型的输入；
[0026](2)模型建立:
[0027]根据火灾防护服在动态变化的火场环境下的传热与传湿的机理，建立的防护服动态热湿传递模型；根据人体热生理所划分的段，每一段都采用多层结构的一维多孔介质传热与传湿模型，采用有限容积法离散化控制方程，如图1所示为三层结构热湿传递示意图；
[0028]根据人体的热生理系统以及体温调节机理，建立的人体热生理模型，采用多节点模型，如图2a所示，将人体分为多段(头、躯干、手臂、手、腿和脚)，每段又分为体核、肌肉、脂肪、皮肤四层，且该人体热生理模型包括一汗水皮肤积聚模型；
[0029]根据皮肤烧伤机理，建立皮肤烧伤模型，基于表皮层和真皮层之间的界面温度或者真皮层和皮下组织之间的界面温度来预测烧伤程度；
[0030](3)模型整合，根据步骤(I)的测试结果和火灾防护服与人体动态热湿交互过程的机理，对于它们之间的动态交互过程进行数学描述，将人体热生理模型和防护服动态热湿传递模型两个模型整合为火灾防护服-人体模型，基于建立的火灾防护服-人体模型，将人体热生理模型的皮肤分为三层:表皮层、真皮层和皮下组织(如图2b所示)，整合皮肤烧伤模型，组成灼伤预警模型；
[0031](4)对于消防员救灾过程进行动态仿真，根据灼伤预警模型模拟灼伤预警，仿真与模拟，是在火灾防护服不直接与火焰接触的情形下，而且火灾防护服没有发生热降解的情形。
[0032]但是，上述的【具体实施方式】只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。
【主权项】
1.一种消防员灼伤预警的方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)实验测试，测得火灾防护服材料基本物理属性、热防护性能和火灾环境中火灾防护服表面的热流通量、以及消防员身体各部位当前的皮肤温度； (2)模型建立，根据火灾防护服在动态变化的火场环境下的传热与传湿的机理，建立的防护服动态热湿传递模型；根据人体的热生理系统以及体温调节机理，建立的人体热生理模型；根据皮肤烧伤机理，建立皮肤烧伤模型； (3)模型整合，根据步骤(I)的测试结果和火灾防护服与人体动态热湿交互过程的机理，对于它们之间的动态交互过程进行数学描述，将所述人体热生理模型和防护服动态热湿传递模型两个模型整合为火灾防护服-人体模型，基于建立的所述火灾防护服-人体模型，整合所述皮肤烧伤模型，组成灼伤预警模型。 (4)对于消防员救灾过程进行动态仿真，根据所述灼伤预警模型模拟灼伤预警。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述人体热生理模型采用多节点模型，将人体分为头、躯干、手臂、手、腿和脚段，每段又分为体核、肌肉、脂肪、皮肤四层，且该人体热生理模型包括一汗水皮肤积聚模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述防护服动态热湿传递模型，根据人体热生理模型所划分的段，每一段都采用多层结构的一维多孔介质传热与传湿模型，采用有限容积法离散化控制方程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述皮肤烧伤模型，基于表皮层和真皮层之间的界面温度或者真皮层和皮下组织之间的界面温度来预测烧伤程度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中整合皮肤烧伤模型，需要将所述人体热生理模型的皮肤分为三层:表皮层、真皮层和皮下组织。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(4)中的仿真与模拟，火灾防护服不直接与火焰接触，而且火灾防护服没有发生热降解。
【专利摘要】本发明公开一种消防员灼伤预警的方法，包括如下步骤：(1)实验测试；(2)模型建立；(3)模型整合，根据步骤(1)的测试结果和火灾防护服与人体动态热湿交互过程的机理，进行数学描述，将人体热生理模型和防护服动态热湿传递模型两个模型整合为火灾防护服-人体模型，基于建立的火灾防护服-人体模型，整合皮肤烧伤模型，组成灼伤预警模型；(4)动态仿真，根据灼伤预警模型模拟灼伤预警。本发明通过测量火灾环境中火灾防护服表面的热流通量，以及消防员身体各部位当前的皮肤温度，作为输入参数，实时输入到建立的灼伤预警模型软件中，根据模型预测出的人体皮肤温度生理参数的变化曲线，最后预测出皮肤烧伤时间，给消防员及时预警。
【IPC分类】G01N25-20
【公开号】CN104597076
【申请号】CN201410781366
【发明人】万贤福, 李 东, 汪军
【申请人】浙江纺织服装科技有限公司, 东华大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月16日