功能性服装的设计主要是根据对服装保暖、安全、防辐射以及抗压能力等要求,基于织物内部热湿传递的物理学规律,建立合理的数学模型,来优化服装的参数,达到功能性要求.本文首先研究了高温高湿环境下防火服的热湿传递模型,并结合人体烧伤模型,预测了人体皮肤达到各级烧伤的时间.在正问题模型基础上,提出最优决定防火服材料参数的反问题,构造对应反问题的目标泛函并数值求解.此外,以服装的保暖透湿性最佳为目的,利用透湿指数,研究了低温条件下三层纺织材料厚度和孔隙率决定反问题,构造了相应的目标泛函并求解.本文主要由以下几部分组成:第一章,介绍了功能性服装的研究背景和意义、国内外研究现状,并简要概述了本文的研究内容和研究成果.第二章,高温高湿环境下,考虑外界消防水对防火服热传递的影响,在已有热传递模型的基础上,加入湿传递方程,建立了防火服-空气层-人体皮肤系统内改进的热湿传递数学模型.给出系统中相应层与层之间合理的初边值条件,采用有限差分法求解该模型,得到防火服各层织物内温度和水蒸气浓度的分布图.然后,将热湿传递模型与Henriques皮肤烧伤模型相结合,通过计算烧伤积分值,预测了人体皮肤达到各级烧伤的时间.数值模拟结果表明,一定量的湿传递能够有效减缓服装和人体皮肤内温度上升的速度,延缓皮肤各级烧伤发生的时间.最后,基于防火服正问题模型和皮肤烧伤模型,在保证人体皮肤不发生烧伤的前提下,以最大限度延长消防员在高温高湿环境中的工作时间为目标,提出防火服材料厚度和孔隙率决定反问题,建立相应的优化模型,并数值求解.第三章,低温条件下,对已有的三层纺织材料热湿传递数学模型进行改进,将原来的第一类边界条件改为第三类边界条件.采用有限差分方法对改进的模型进行离散并数值求解,分析了差分格式解的存在唯一性.然后,在正问题的基础上,以服装的保暖透湿性最佳为目标,根据透湿指数,提出三层纺织材料厚度和孔隙率决定反问题,给出最优目标泛函表达式,并采用遗传算法求解.第四章,总结本文的主要研究内容和创新点,指出下一步研究的方向.