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

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.