• 2020华数杯全国大学生数学建模竞赛A题-带相变材料的低温防护服御寒仿真模拟(三)(附带赛题解析&获奖论文及MATLAB代码)


     赛题

    在一些特定的场合,人们往往需要在极寒天气下作业,如高山高原工作、潜 水员水下工作、现代化工厂的低温车间以及寒冷气候下的野外作业等。为了能使 工作顺利进行,科学家们一直在研究低温防护复合材料,试图做成防护服用以保 护在超低温环境下的工作者。

    某研究所研制的低温防护复合材料:三层结构,包括内层织物层、中间层功 能层、外层隔热层。内层织物层主要用于舒适性。中间层是一种特殊的材料,可 以产生并释放热量,用以延缓人体温度过快降低,称为相变材料。外层隔热层主 要是延缓热量对外过快传递。低温防护材料主要用于短时间的低温防护,有效降 低外界环境对人体的伤害。

    为了延缓人体温度过快降低,研制的复合材料的中间层要具有良好的保温性 能。中间层有两个特性,特性一是厚度不能大于 0.45mm,因为中间层的硬度与 厚度成正比,一旦超过 0.45mm,人体将无法伸展,也就无法工作。特性二是在 高于 25℃左右(根据材料不同这个临界点会有小的变化)为液态,低于 25℃开 始固化,固化时就开始放热,一直到 14.7℃左右固化完毕,将不再放热。具体数 据详见附件 1。注意:附件 1 中的数据放热温度范围与上面表述温度范围有差异,

    以附件数据为准。

    热量传递方式有对流、辐射和传导三种。但在超低温下,对外辐射微不足道, 因此一般不予考虑。内层织物与人体表面之间有空气流动,外层隔热层与外部环 境之间也有空气流动。空气流速不一样,所计算出来的表面换热系数也会不一样。 至于热传导能力(热导率),是材料的物理属性。附件 2 给出了三层材料的物理 属性值。

    为检验这种复合材料的耐低温效果,科研者按照附件 2 提供的厚度为一名身 高 1.70m,体重为

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