一种用于防护手套的相变蓄热材料优化选择方法及系统与流程

本发明涉及材料分析，具体来说，涉及一种用于防护手套的相变蓄热材料优化选择方法及系统。

背景技术：

1、相变蓄热材料是一类具有特殊性质的材料，其主要特征在于能够在相变过程中吸收或释放大量的热量，这种相变过程通常涉及物质由一个状态（例如固态）转变为另一个状态（例如液态）时伴随的潜热变化。这些材料通常应用于热能存储和传递领域，其中最常见的相变是固态到液态或液态到固态的转变。在相变蓄热材料中，这种相变可以在特定温度范围内发生，使得材料能够吸收热量以融化，并在需要时释放储存的热量以凝固。

2、相变蓄热材料在防护手套中的应用主要旨在提高手套的热保护性能，使其能够更有效地应对温度变化和热辐射，相变蓄热材料能够吸收周围环境的热量，将其存储为潜热，当环境温度升高时释放存储的热量，这使得防护手套能够调节手部温度，提供更舒适的使用体验，将相变蓄热材料放置在防护手套的关键部位，如手部关节处，可以提供局部的热保护，这有助于防止手部在高温环境中过热，同时在低温环境中提供额外的保温效果。

3、然而，在用于防护手套的相变蓄热材料选择方法中，如果不能根据手部各个关节的热响应进行精准设计，可能导致相变蓄热材料在防护手套制作中的分布不均匀，并且无法根据手部的各处位置合理选择相匹配性能的相变蓄热材料，从而影响防护手套整体的热保护性能，且部分相变蓄热材料可能影响防护手套的灵活性，特别是在手部关节处，如果材料过于厚重，可能降低防护手套的灵活性，进而影响使用者的手部操作能力。

4、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于防护手套的相变蓄热材料优化选择方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种用于防护手套的相变蓄热材料优化选择方法，该用于防护手套的相变蓄热材料优化选择方法包括以下步骤：

4、s1、基于防护手套的实际应用场景，预选取相变蓄热材料，其中，实际应用场景包括工作环境温度范围、手部暴露时间及所需隔热性能；

5、s2、构建与相变蓄热材料相匹配的相变热传导模型，并反演相变蓄热材料内部的相变过程；

6、s3、记录并分析各相变蓄热材料在相变过程中的热物性，并对各相变蓄热材料进行潜热对比模拟，判断各相变蓄热材料的潜热特性；

7、s4、对各相变蓄热材料的潜热特性进行综合排序，并选取潜热特性最优的相变蓄热材料；

8、s5、分析手部关节处的热响应特征，并基于热响应分析结果调整相变蓄热材料在防护手套制作中的材料分布情况。

9、优选地，构建与相变蓄热材料相匹配的相变热传导模型，并反演相变蓄热材料内部的相变过程包括以下步骤：

10、s21、对各相变蓄热材料进行物相分析，判断各相变蓄热材料的热传导及热能分布；

11、s22、基于相变蓄热材料的热能传导及热能分布，将各相变蓄热材料内部划分为蓄热体区域和热介质区域，其中，蓄热体区域用于储存和释放热能，热介质区域用于在相变过程中传导和分布热能；

12、s23、分别为蓄热体区域和热介质区域建立相变热传导模型，并利用焓法对相变热传导模型的热传导过程进行分析；

13、s24、对相变热传导模型进行离散化处理，并将热传导分析结果结合相变热传导边界对相变蓄热材料的热传导温度场进行划分；

14、s25、利用划分后的热传导温度场并结合时空演变规律建立相变蓄热材料的反演方案，实现对相变蓄热材料内部的相变反演。

15、优选地，利用划分后的热传导温度场并结合时空演变规律建立相变蓄热材料的反演方案，实现对相变蓄热材料内部的相变反演包括以下步骤：

16、s251、利用相变热传导边界上的有限数据点测量相变蓄热材料的热能流点，基于热能流点生成待反演的相变蓄热材料的初始反演点；

17、s252、结合初始反演点的梯度构造共轭方向，并沿着共轭方向搜索目标函数的极小值点；

18、s253、建立相变热传导边界的热能分布模型，并通过极小值点求解热能分布模型得到热能流点处的热能值；

19、s254、判断反演的迭代条件是否满足，若不满足时，则继续执行迭代过程；若满足时，则基于热能流点处的热能值并结合时空演变规律分别计算反演梯度、共轭系数、搜索方向及搜索步长；

20、s255、结合反演梯度、共轭系数、搜索方向及搜索步长的计算结果生成反演方案，实现对相变蓄热材料内部的相变反演。

21、优选地，记录并分析各相变蓄热材料在相变过程中的热物性，并对各相变蓄热材料进行潜热对比模拟，判断各相变蓄热材料的潜热特性包括以下步骤：

22、s31、利用热常数分析仪检测各相变蓄热材料在相变过程中的热物性；

23、s32、基于各相变蓄热材料在相变过程中的热物性修正相变热动力学，并预测各相变蓄热材料在相变过程中的物相转变量；

24、s33、将物相转变量中引入阻滞函数描述相变热传导边界中阻力的热滞，并建立相变热动力函数描述与阻滞函数之间的耦合关系；

25、s34、引入阻滞焓来表征相变热传导边界所具有的焓，并利用热能函数判断各相变蓄热材料的相变潜热，同时基于相变潜热判断各相变蓄热材料的潜热特性。

26、优选地，将物相转变量中引入阻滞函数描述相变热传导边界中阻力的热滞，并建立相变热动力函数描述与阻滞函数之间的耦合关系包括以下步骤：

27、s331、将物相转变量用于描述相变蓄热材料的热能-流体-固体互相转换的理论机理，并在物相转变量的基础上引入阻滞函数，并利用阻滞函数描述相变热传导边界中的传导延迟；

28、s332、将阻滞函数与修正后的相变热动力学耦合，明确阻滞函数对物相转变过程的影响程度；

29、s333、基于物相转变过程的影响程度对相变蓄热材料的热能-流体-固体互相转换进行耦合计算，得到相变蓄热材料的温度场；

30、s334、基于相变蓄热材料的温度场建立相变热动力函数描述与阻滞函数之间的耦合关系。

31、优选地，分析手部关节处的热响应特征，并基于热响应分析结果调整相变蓄热材料在防护手套制作中的材料分布情况包括以下步骤：

32、s51、利用有限元技术建立手部的三维模型，并基于防护手套的应用场景在手部关节各处施加实际工作条件下的受力承载情况；

33、s52、基于受力承载情况并结合生理学信息模拟手部关节各处的热特性，分析手部关节各处的热响应程度，其中，手部关节包括指尖区域、手掌中心及手背；

34、s53、将各相变蓄热材料的潜热特征与手部关节各处的热响应程度进行性能参数匹配，并根据匹配结果调整相变蓄热材料在防护手套中的分布情况；

35、s54、基于相变蓄热材料在防护手套中的分布情况判断防护手套内流体流动是否符合热力学守恒定律；

36、s55、模拟防护手套的内部以导热的形式进入热流，并模拟加热防护手套内部的微元体以计算热流关系；

37、s56、制作防护手套的原型，确保相变蓄热材料的正确布局和集成，并测试防护手套在实际工作条件下的热性能。

38、优选地，热流关系的计算公式为：

39、；

40、式中，表示热流关系；表示防护手套内部在导热过程中的比热；表示防护手套内部进入热流时的比热；表示防护手套的孔隙率；表示防护手套的相变潜热；表示防护手套内部在导热过程中的速度；表示防护手套内部进入热流时的速率；表示热力学守恒定律；表示时间；表示时间变量。

41、优选地，基于受力承载情况并结合生理学信息模拟手部关节各处的热特性，分析手部关节各处的热响应程度包括以下步骤：

42、s521、基于受力承载情况并结合生理学信息建立手部热调节模型，并融合手部的三维模型及手部热调节模型，同时将融合模型划分为被动区域及主动区域；

43、s522、基于血液循环理论机制将被动区域与主动区域相关联，分析被动区域与主动区域在突加热荷负载下的温度场；

44、s523、将温度场的控制方程进行转换，并将转换结果通过数值逆变换得到温度场的数值解；

45、s524、基于温度场的数值解求解热能位移，并判断手部热调节模型中的热驰豫时间和分数阶因子的滞留影响；

46、s525、基于热驰豫时间和分数阶因子的滞留影响评估手部关节各处的热响应程度。

47、优选地，被动区域包括手部几何特性、热传输特性及能量传输机理，主动区域包括控制出汗、血液循环进行手部温度调节。

48、根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于防护手套的相变蓄热材料优化选择系统，该用于防护手套的相变蓄热材料优化选择系统包括相变蓄热材料选取模块、相变过程反演模块、潜热特性判断模块、最优特性选取模块、手部热响应分析模块；

49、其中，相变蓄热材料选取模块依次与相变过程反演模块、潜热特性判断模块、最优特性选取模块及手部热响应分析模块连接；

50、相变蓄热材料选取模块，基于防护手套的实际应用场景，预选取相变蓄热材料，其中，实际应用场景包括工作环境温度范围、手部暴露时间及所需隔热性能；

51、相变过程反演模块，构建与相变蓄热材料相匹配的相变热传导模型，并反演相变蓄热材料内部的相变过程；

52、潜热特性判断模块，记录并分析各相变蓄热材料在相变过程中的热物性，并对各相变蓄热材料进行潜热对比模拟，判断各相变蓄热材料的潜热特性；

53、最优特性选取模块，对各相变蓄热材料的潜热特性进行综合排序，并选取潜热特性最优的相变蓄热材料；

54、手部热响应分析模块，分析手部关节各处的热响应特征，并基于热响应分析结果调整相变蓄热材料在防护手套制作中的材料分布情况。

55、本发明的有益效果为：

56、1、本发明通过构建与相变蓄热材料相匹配的相变热传导模型，并反演相变蓄热材料内部的相变过程能够根据环境条件选择合适的相变蓄热材料，确保防护手套在不同温度范围内具有良好的性能，并通过建立传热模型，能够更好地理解相变热传导过程，确保相变蓄热材料的热性能得到充分利用，确定相变过程对防护手套内部热能调节的实际影响，进而提高热保护性能的同时不影响防护手套的舒适性和灵活性。

57、2、本发明通过记录各相变蓄热材料在相变过程中的热物性，能够更准确地评估相变蓄热材料的性能，确保选用的相变蓄热材料具有良好的热传导性、相变潜热等特性，提高防护手套的整体热保护性能，同时有助于更精确地预测防护手套在不同环境下的热性能，并进行潜热对比模拟可以直观地比较不同相变蓄热材料的潜热特性，精准判断相变蓄热材料的放热及吸热能力，进而为防护手套的设计和优化提供重要的数据支持。

58、3、本发明通过分析手部关节处的热响应特征，能够更准确地了解手部关节处的热响应情况，从而调整相变蓄热材料的分布，使手部关节处得到精准而有效的热保护，并且使得防护手套设计更贴合实际使用需求，不同部位采用不同性能参数的相变蓄热材料分布，最大化提高防护手套在各个部位的热保护性能，避免在手部关节处过度增加材料厚度，进而提升防护手套在关键区域的热效率。