[發明專利]一種消防員灼傷預警的方法

在審

• 申請號: 201410781366.7
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104597076A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 萬賢福;李東;汪軍
• 申請（專利權）人: 浙江紡織服裝科技有限公司;東華大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術領域

本發明屬于消防員防護的技術領域，特別是一種消防員灼傷預警的方法。

背景技術

世界每年都有成千上萬的人員因為火災而燒傷，甚至喪失寶貴的生命。在火災環境非常惡劣的時候，消防員穿著火災防護服暴露于火災現場，熱量被傳遞至火災防護服內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，火災防護服的防護性能很大程度也與火災防護服、人體之間的動態熱濕互動過程有著十分緊密的聯系。

為了研究火災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果顯得蒼白無力。隨著計算機模擬技術的出現，可以模擬火場環境以及防護服裝的熱濕機理，為消防員燒傷預警提供了強有力的工具。雖然國內外研究者在模擬火災防護服中本身的熱濕傳遞過程取得了成功，但卻沒有考慮火災防護服與人體的動態熱濕互動過程以及人體熱生理調節機制對于防護效果的影響，以及在此模型的基礎上整合皮膚燒傷模型對灼傷進行預警。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提出一種消防員灼傷預警的方法，其通過測量火災環境中火災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，作為輸入參數，實時輸入到建立的灼傷預警模型軟件中，根據模型預測出的人體皮膚溫度生理參數的變化曲線，最后預測出皮膚燒傷時間，給消防員及時預警。

為實現上述目的，本發明可通過以下技術方案予以解決：

一種消防員灼傷預警的方法，包括如下步驟：

(1)實驗測試，測得火災防護服材料基本物理屬性、熱防護性能和火災環境中火災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，根據火災防護服在動態變化的火場環境下的傳熱與傳濕的機理，建立的防護服動態熱濕傳遞模型；根據人體的熱生理系統以及體溫調節機理，建立的人體熱生理模型；根據皮膚燒傷機理，建立皮膚燒傷模型；

(3)模型整合，根據步驟(1)的測試結果和火災防護服與人體動態熱濕交互過程的機理，對于它們之間的動態交互過程進行數學描述，將所述人體熱生理模型和防護服動態熱濕傳遞模型兩個模型整合為火災防護服-人體模型，基于建立的所述火災防護服-人體模型，整合所述皮膚燒傷模型，組成灼傷預警模型。

(4)對于消防員救災過程進行動態仿真，根據所述灼傷預警模型模擬灼傷預警。

作為優選的技術方案：

本發明中，所述人體熱生理模型采用多節點模型，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。

本發明中，所述防護服動態熱濕傳遞模型，根據人體熱生理模型所劃分的段，每一段都采用多層結構的一維多孔介質傳熱與傳濕模型，采用有限容積法離散化控制方程。

本發明中，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測燒傷程度。

本發明中，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。

本發明中，所述步驟(4)中的仿真與模擬，火災防護服不直接與火焰接觸，而且火災防護服沒有發生熱降解。

由于采用以上技術方案，本發明的一種消防員灼傷預警的方法具有以下有益效果：

本發明通過測量火災環境中火災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，作為輸入參數，實時輸入到建立的灼傷預警模型軟件中，根據模型預測出的人體皮膚溫度生理參數的變化曲線，最后預測出皮膚燒傷時間，給消防員及時預警，使其及時撤離危險位置。使用本發明專利提出的消防員灼傷預警方法，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

圖1是本發明的防護服動態熱濕傳遞模型的三層結構熱濕傳遞示意圖

圖2a是本發明的人體熱生理模型示意圖；圖2b是每段的結構示意圖。

具體實施方式

下面根據附圖和具體實施方式，對發明作進一步說明：

一種消防員灼傷預警的方法，包括如下步驟：

(1)實驗測試：