Numerical Study of the Effect of a Natural Convective Boundary Layer around the Human Body on the Transfer of Heat through a Textile Structure

Angelova, R. A.; Stankov, P.; Kyosov, M.

doi:10.5604/12303666.1167431

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Numerical Study of the Effect of a Natural Convective Boundary Layer around the Human Body on the Transfer of Heat through a Textile Structure

Autorzy

Angelova R. A. , Stankov P. , Kyosov M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.5604/12303666.1167431

Warianty tytułu

Numeryczne badanie wpływu naturalnej granicznej warstwy konwekcyjnej wokół ciała ludzkiego na przepływ ciepła przez struktury tekstylne

Języki publikacji

Abstrakty

Heat losses from the human body occur through a barrier of one or more textile layers with particular permeability, thermal insulation, water absorption abilities, etc. The convective boundary layer (CBL) around the clothed body is disturbed during body movement, and the air layer between the body and the textile layer(s) is broken up, thus changing the heat transfer through the textile layer and its insulation abilities. The purpose of the present study was to evaluate the effect of the convective boundary layer around the human body on the heat transfer through a textile layer by numerical simulation, using Computational Fluid Dynamics and a commercial CFD software package, by means of the Finite Volume Method. A new approach for modeling a textile surface was applied based on the theory of jet systems. The results of the study indicated that heat transfer trough the textile barrier is strongly influenced by the speed of the convective layer around the human body and the textile layer placed in between the body and the environment.

Straty ciepła ciała ludzkiego występują poprzez barierę utworzoną z jednej lub więcej warstw tekstylnych o określonej przepuszczalności, termicznej, izolacyjności, zdolności absorpcji wody itd. Konwekcyjna warstwa graniczna wokół ubranego ciała zakłócana jest podczas ruchu tego ciała i warstwy powietrza pomiędzy ciałem i warstwą tekstylną, która może być przerwana i zmienić przepływ ciepła poprzez warstwę tekstylną, a tym samym właściwości izolacyjnych. Celem prezentowanych badań była ocena wpływu granicznej warstwy konwekcyjnej wokół ciała na przepływ ciepła za pomocą numerycznej symulacji przy zastosowaniu odpowiednich programów komputerowych i metody elementów skończonych. Zastosowano nową próbę modelowania powierzchni włókienniczej opartą na teorii systemów dysz. Wyniki badań wykazały, że przepływ ciepła przez bariery tekstylne ulega silnym wpływom prędkości powietrza w warstwie wokół ciała ludzkiego i pomiędzy warstwami tekstylnymi.

Słowa kluczowe

convective boundary layer computational fluid dynamics CFD convective heat transfer textiles human body

konwekcyjna warstwa graniczna obliczeniowa dynamika płynów przekazywanie ciepła przez konwekcję tekstylia ciało ludzkie

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny

Czasopismo

Fibres & Textiles in Eastern Europe

Rocznik

2015

Tom

Vol. 23, no. 6 (114)

Strony

131--137

Opis fizyczny

Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Angelova R. A.

radost@tu-sofia.bg

Department of Textile, Technical University of Sofia, Sofia, Bulgaria de Bujanda Carasusán Javier Martínez Universidad Pública de Navarra, Pamplona, Spain

autor

Stankov P.

Centre for Research and Design in Human Comfort, Energy and Environment (CERDECEN), Technical University of Sofia, Sofia, Bulgaria

autor

Kyosov M.

Department of Hydroaerodynamics and Hydraulic Machines, Technical University of Sofia, Sofia, Bulgaria

Bibliografia

1. Cooney DO. Biomedical Engineering principles. New York/Basel: Marcel Dekker. 1976.
2. Murakami S, Kato S and Zeng J. Combined Simulation of Airflow, Radiation and Moisture Transport for Heat Release From a Human Body. Build Env 2000; 35 (6): 489- 500.
3. Clark RP, and Toy N. Natural Convection around the Human Head. J Physiology 1975; 244: 283-293.
4. Dhingra RC and Postle R. Air Permeability of Woven, Double-Knitted Outerwear Fabrics. Text Res J 1977; 47(10): 630-631.
5. Kullman RMH, Graham CO and Ruppenicker GF. Air Permeability of Fabrics Made from Unique and Conventional Yarns. Text Res J 1981; 51(12): 781-786.
6. Paek SL. Effect of Yarn Type and Twist Factor on Air Permeability, Absorbency and Hand Properties of Open-end and Ring-spun Yarn Fabrics. J Text I 1995; 86(4): 581- 589.
7. Hsieh YL. Liquid Transport in Fabric Structures. Text Res J 1995; 65(5): 299-307. 8. Delerue J-F, Lomov SV, Parnas RS, Verpoest I and Wevers M. Pore Network Modelling of Permeability for Textile Reinforcements. Polym Composite 2003; 24 (3): 344-357.
9. Gooijer H, Warmoeskerken MMCG and Groot Wassink J. Flow Resistance of Textile Materials Part I: Monofilament Fabrics. Text Res J 2003; 73(5): 437-443.
10. Belov EB, Lomov SV, Verpoest I, Peters T, Roose D, Parnas RS, Hoes K and Sol H. Modelling of Permeability of Textile Reinforcements: Lattice Boltzmann Method. Compos Sci Technol 2004; 64: 1069-1080.
11. Verleye B, Klitz M, Groce R, Roose D, Lomov SV and Verpoest I. Computation of the Permeability of Textiles with Experimental Validation for Monofilament and Non Crimp Fabrics. Stud Comp Intell 2007; 55 (5): 93-110.
12. Angelova RA, Stankov P, Simova I and Kyosov M. Computational Modeling and Experimental Validation of the Air Permeability of Woven Structures on the Basis of Simulation of Jet Systems. Text Res J 2013; 83(18): 1887-1895.
13. Farnworth B. Mechanism of Heat Flow through Clothing Insulation. Text Res J 1983; 53(6): 717-725.
14. Fan J. Heat Transfer through Clothing Assemblies in Windy Conditions. Text Asia 1998; 29(10): 39-45.
15. Das A, Alagirusami R, Shabaridharan K and Kumar P. Study on Heat Transmission through Multilayer Clothing Assemblies under Different Convective Modes. J Text I 1998; 103(7): 777-786.
16. Li J, Zhang Z and Wang Y. The Relationship between Air Gap Sizes and Clothing Heat Transfer Performance. J Text I 2013; 104(12): 1327-1336.
17. Korycki R.; Modelling of Transient Heat Transfer within Bounded Seams. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2011, Vol. 19, No. 5 (88) pp. 112-116.
18. Duru Cimilli, S.; Deniz, E.; Candan, C.; Nergis, B.U. Determination of Natural Convective Heat Transfer Coefficient for Plain Knitted Fabric via CFD Modeling. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2012, 20, 1(90) 42-46.
19. Korycki R, Szafranska H. Modelling of the Temperature Field within Textile Inlayers of Clothing Laminates. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2013; 21, 4(100): 118- 122.
20. Gao NO and Niu JL. CFD Study of the Thermal Environment around a Human Body: A review. Indoor Built Environ 2005; 14(1): 5-16.
21. Ono T, Murakami S, Ooka R and Omori T. Numerical and Experimental Study on Convective Heat Transfer of the Human Body in the Outdoor Environment. J Wind Eng Ind Aerod 2008; 96(10–11): 1719-1732.
22. Chatterjee D, Biswas G and Amiroudine S. Numerical Investigation of Forced Convection Heat Transfer in Unsteady Flow Past a Row of Square Cylinders. Int J Heat Fluid Fl 2009; 30: 1114-1128.
23. Defraeye T, Blocken B, Koninckx E, Hespel P and Carmeliet J. CFD Analysis of Drag and Convective Heat Transfer of Individual Body Segments for Different Cyclist Positions. J Biomech 2011; 44(9): 1695-170.
24. Pichurov G, Angelova RA, Simova I, Rodrigo I and Stankov P. CFD Based Study of Thermal Sensation of Occupants Using Thermophysiological Model. Part I: Mathematical model, implementation and simulation of the room air flow effect. Int J Cloth Sci Tech 2014; 26(6): 442-455.
25. Angelova RA, Pichurov G, Simova I, Stankov P and Rodrigo I. CFD Based Study of Thermal Sensation of Occupants Using Thermophysiological Model. Part II: Effect of metabolic rate and clothing insulation on human-environmental interaction. Int J Cloth Sci Tech 2015; 27(1): 60-74.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-85e30227-79fc-4464-b45e-76b832f93d6c