تاثير به كارگيري مواد تغييرفازدهنده در پوشش هاي محافظ آتش نشان ها بر زمان تاب آوري حرارتي

Effect of using phase change materials in firefighters’ protective clothing on the thermal tolerating time

در شرايط حرارتي بحراني، بدن انسان قادر نيست تا از طريق سازوكارهاي فيزيولوژيكي تنظيم حرارت خود را با محيط تطبيق دهد. در چنين شرايطي، يكي از راهكارهاي موثر در جهت حفاظت از بدن افراد در مقابل آسيب هاي حرارتي، استفاده از پوشش هاي محافظ است. بر اين اساس، در تحقيق حاضر تاثير استفاده از مواد تغييرفازدهنده بر عملكرد پوشش هاي محافظ آتش نشانان تحت شرايط بحراني گرماي سوزان به صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته است. نوآوري اصلي اين تحقيق، مدلسازي همزمان يك پوشش محافظ حاوي مواد تغييرفازدهنده به همراه سازوكارهاي فيزيكي و فيزيولوژيكي بدن انسان مي باشد. براي اين منظور، يك پوشش محافظ چند لايه شامل يك لايه ماده تغييرفازدهنده در نظر گرفته شده و عملكرد حرارتي آن تحت شرايط گرماي سوزان به ازاي سه آرايش مختلف براي چينش لايه هاي لباس بررسي شده است. نتايج نشان مي دهد كه بهترين موقعيت براي قرارگيري مواد تغيير فازدهنده در پوشش هاي محافظ، لايه مياني لباس است. همچنين، بهترين دماي ذوب براي ماده تغيير فاز دهنده مذكور، دمايي حدود 40 درجه سلسيوس مي باشد. علاوه بر اين، نتايج حاكي از آن است كه استفاده از مواد تغييرفازدهنده در پوشش هاي محافظ مي تواند زمان تاب آوري حرارتي افراد تحت شرايط گرماي سوزان را از حدود 300 ثانيه (براي لباس محافظ فاقد ماده تغيير فاز دهنده) تا حدود 900 ثانيه افزايش دهد.

Under the critical thermal conditions, the human body cannot adapt itself to the environment using physiological thermoregulatory mechanisms. Under these conditions, using protective clothing is one of the effective ways to protect the human body against the thermal injuries. Therefore, in the present study, the effect of using Phase Change Materials (PCMs) on the performance of firefighters’ protective clothing has been numerically investigated under the critical scorching conditions. The main contribution of this study is the simultaneous modeling of PCM based protective clothing with physical and physiological mechanisms of the human body. For this purpose, multi-layer protective clothing with a PCM layer has been considered and its thermal performance has been investigated under scorching conditions for three different arrangements of the layers. The results show that the middle layer of protective clothing is the best position for implementing the PCM. Also, the best melting temperature for the mentioned PCM is about 40?C. Moreover, the results indicate that using the PCMs in protective clothing can increase the thermal tolerating time from 300 seconds (for non-PCM protective clothing) up to 900 seconds under the scorching conditions.