智能控温防寒鞋的研究与设计

作     者：郭思逸 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：弓太生

授予年度：2023年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 1304[艺术学-美术学] 13[艺术学] 08[工学] 082104[工学-服装设计与工程] 

主      题：足部热舒适 柔性加热元件 智能温度控制 加热内靴设计 防寒鞋设计 

摘      要：人体四肢本身的局部代谢产热量很小,并且随着组织温度的下降而下降。在寒冷环境中四肢的皮肤温度迅速降低,因而会感到寒冷、疼痛,严重时会出现坏疽,需要手术治疗,甚至截肢。因此,提升鞋类产品的热防护水平对预防足部冻伤、减小或避免低温环境带给人体的伤害至关重要。随着可穿戴技术的发展,已经有一些电加热鞋靴和智能加热鞋靴被研发和生产。这些加热鞋靴在一定程度上满足了足部防寒的需求,但加热元件柔性差、加热区域和加热温度的设计与足部各部位温度需求不匹配等重要问题仍未得到解决。本课题的主要研究内容包括以下四部分:(1)系统梳理足部防寒理论与产品研究进展。以文献综述的形式对足部防寒相关领域的研究进行了回顾,概述了足部冷损伤的诱因及危害,归纳总结了冷环境下“足—鞋—外界环境间的传热行为,详细介绍了电加热和智能加热防寒鞋靴的研究进展,并简要介绍目前用于医疗及健康监测领域的足部温度测量技术。(2)深入剖析现有加热防寒鞋特点及用户需求。通过问卷调查,对加热鞋靴市场现状和用户需求进行调研分析;通过对国内部分销量较大的加热鞋类产品的案例分析,总结了市售电加热鞋靴的设计特点、分析其存在的主要问题,提出加热鞋靴的改进方向与途径。(3)基于性能测试及热场分布选择适用的柔性加热元件。以热老化性及最大负载电流为指标,对镀银纱线和不锈钢导电纱线进行了适用性对比;以不锈钢导电纱线为加热元件,探究了电热升温性能以及排线方案对热场分布的影响,为实现防寒鞋的柔性材料加热提供实践依据。(4)基于舒适理论提出智能控温防寒鞋的设计策略。根据足部代谢产热差异,结合鞋腔热湿交互特点,从传感器的选用与排布、温度控制系统的模块设计到加热区域分布以及防寒鞋的结构设计等,归纳智能控温防寒鞋整体的设计要点与流程,并基于此提出设计方案。设计的分体式防寒鞋可以根据鞋腔内温,实现对5个脚体部位的智能控温;同时完成了智能温控模块开发及配套APP主要界面设计。课题归纳出的现阶段防寒鞋靴存在的主要问题、提出的加热鞋靴未来改进方向与途径和提出的智能控温防寒鞋设计策略,在一定程度上对后续研究和改进加热鞋靴产品提供了理论指导和实践基础,具有一定的参考价值。