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进入新时代,人民对美好生活的向往已成为全社会所为之奋斗的目标。在这样的大背景下,军警、消防、采矿等特种行业恶劣的工作环境越来越得到人们的关注。特种行业从业人员常常须忍受37℃以上的高温。身处如此环境中开展工作,作业人员的身体健康安全时刻面临着威胁。环境温度过高,人体产热不能及时散发,只能积蓄在体内,导致体温上升,产生热应激,这样一来作业人员注意力下降,体力逐渐消耗殆尽,不仅降低了工作效率,而且容易引发生理异常,重者甚至威胁生命。因此,有必要研制出一套近体调温系统,改善人体微环境,即使身处恶劣境况也能保障人体热舒适性,从根本上杜绝了安全事故的发生。本文着力于研究基于热电制冷的气冷服系统,专门服务应用于特种行业从业人员。文章的主要工作包括以下几部分:(1)阐述分析人体热平衡系统理论模型,了解人体产热及散热的本质机理,把握体温调节的关键环节,围绕热平衡模型指引气冷服系统的研究与探讨;(2)逐一介绍气冷服系统的各个组成部件,其中重点探讨管路系统的方案设计对流动分离的影响,提出了螺旋型、横向型、纵向型三种管路模型,通过数值模拟的方法分析对比发现:低流速条件下纵向型管路各出口气体质量流量分配最均匀,而高流速条件下以螺旋型管路气流分配最均衡,纵向型其次;同时横向型和纵向型管路出口质量流量存在突变值;(3)采用热电制冷器作为气冷服的制冷系统,针对传统对称型热电制冷器厚度较大的缺陷,借助热管横向引热,改变制冷器的宏观结构,构建引热型热电制冷器,再经优化设计后制冷器不仅厚度减小29.33%,而且制冷量和制冷系数也分别提高3.67%和4.14%;从微观角度出发,定义热电臂横截面积与高度之比为几何因子γ,研究了γ对热电元件制冷性能的影响,结果显示:为达到最佳制冷效果,高γ值热电元件适用于大功率工况,而低γ值热电元件适用于小功率工况,这对于提高气冷服制冷量具有重要指导意义;(4)参考人体标准尺寸参数,建立了服装—管路—人体耦合物理模型。研究了气冷服中的流动与换热规律,发现螺旋式、横向式、纵向式模型的体表温度分布各自呈现上表面温度高于下表面、下表面温度高于上表面、后表面温度高于前表面的特点,同时也得到体表平均温度、内外温差与入口速度、入口温度之间的数学拟合关系。在螺旋式模型中,体表平均温度、内外温差与入口速度成线性关系,在横向式模型中成二次函数关系,在纵向式模型中成三次函数关系;而体表平均温度、内外温差与入口温度的关系,三种模型均呈现线性关系。