温度突变下人体热反应的实验研究

利用人工气候室模拟了不同季节对应的9种温度突变工况,对24名受试者开展了中性→热(冷)→中性往返式温度突变对人体热反应影响的实验研究,得到了环境温度发生突变时人体生理反应、主观反应及全身热负荷的变化规律。研究发现:在各突变工况下,主观反应变化超前于生理反应变化;突变前后人体生理和心理反应出现不对称现象;在热→中性突变工况下人体出现“冷感超越”,通过分析实验过程中人体各项散热量的变化规律,发现“冷感超越”的原因是皮肤蒸发散热量显著增大进而导致人体总散热量远大于产热量。温度突变动态环境中的热感觉与平均皮肤温度及其变化率均呈线性关系,得到了基于皮肤温度的热感觉预测模型。将人体热负荷及其变化量引入热感觉预测模型中,得到了基于热负荷的热感觉预测模型。PMV模型、基于皮肤温度的热感觉预测模型、基于热负荷的热感觉预测模型的对比显示,基于热负荷的预测模型能够更好地预测温度突变环境下的人体热感觉。

基于虚拟人体模型的施工现场建筑工人热反应研究

研究建筑工人夏季热反应对保障建筑工人生命安全、减少安全事故的发生具有重要意义.通过施工现场实地调研,借助TAITherm软件,建立虚拟人体模型,还原建筑工人户外工作时生理参数变化,利用相关性分析、建立回归模型等数学手段,研究建筑工人生理参数和热环境参数之间的关系.结果表明:核心温度模拟值和实测值接近,平均皮肤温度模拟值与实测值走势相似;平均皮肤温度、平均皮肤温度变化率会对环境变化快速响应,核心温度响应时间滞后约3 min;短暂的休息可以有效降低平均皮肤温度、心输出量,但对降低核心温度作用不显著;活动时长是影响生理参数的重要因素,且随活动时长增加人体调节机制变弱.

人体热生理预测模型研究进展

为提高人体热生理模型的预测精度以及计算效率,以实现不同预测需求在复杂环境中的简单表达。从人体热生理系统和模型的发展2个方面进行系统综述,首先简要分析人体热平衡调节机制以及生理参数的选取;然后根据结构复杂程度对国内外人体热生理模型的研究现状进行分类介绍,并从建模原理、热量传导等方面简述较为经典的Gagge、Fiala和Salloum模型。分析结果表明:目前的一节点以及两节点模型在建模思想以及数值计算方面相对简单,但是预测精度较低;多节点和多元模型考虑的因素非常全面,可应用三维空间和瞬态环境,但是过于复杂的流程导致预测响应时间过长。未来可结合机器学习提高人体热生理模型的计算时间和预测精度,满足众多领域的应用需求。

基于CiteSpace的人体热调节模型研究分析

人体热调节模型在“人体-服装-环境”系统的热湿传递机理研究中具有非常重要的作用,一直是传热传质学、生理学、工效学、纺织服装、建筑与环境等多学科交叉研究的重点。利用CiteSpace软件,从文献计量学的角度对Web of Science核心合辑收录的499篇有关人体热调节模型的研究论文进行数据可视化处理和分析。研究结果表明:东华大学、中国香港理工大学、清华大学是本领域的高产机构;Fiala模型、JOS模型和Gagge模型是近年来引用最多的热调节模型;我国热调节模型相关研究文献发表数位居世界第二,但因起步较晚,应用型研究较多,原创性热调节模型少,国际影响力较弱;计算流体力学和人工神经网络逐渐成为近几年的研究热点。

基于热舒适性的乘员舱气流组织设计

为研究乘员舱内不同气流组织下的人体热舒适性,找出进气参数对人体热舒适性影响的规律,将Fluent计算得到的9种进气方案的流场结果作为环境参数导入TAITherm中进行热舒适性分析。同时引入面部平均空气龄和能量利用率两项指标对乘员舱气流组织进行更全面的评价。结果表明进气总量对3位乘员热舒适性和平均面部空气龄影响程度最大,1号口进气温度对能量利用率的影响程度最大。综合考虑3位乘员的热舒适性、面部平均空气龄和能量利用率3项评价指标,发现当进气总量为1800 kg/h,1、2号口进气温度都为22℃,1、2号口进气量比值为6∶4时3项指标均表现良好,为最优的进气参数组合。

手分为多节段的人体热调节模型研究

将人体热调节柱状模型和手的多节段模型结合起来,建立了更完整的人体热调节模型。利用有限元方法对人体热调节数学模型进行了数值求解,并设计试验证明了模型的正确性。结果表明: (1)当取合适的血流量时,实验值和计算值的变化趋势一致,且手部温度稳定时,血流量都在确定的范围内;(2)血液流量是手部温度场变化的主要因素,人体组织和动脉入口温度对手部温度影响较小。

基于人体热调节模型的乘员舱热舒适性分析

为研究乘员的动态热反应规律,以提高乘员舱内的热舒适性,综合考虑环境参数、人体调节、代谢水平、服装热阻等因素,建立车内热环境与人体热调节模型耦合计算方法,计算乘员重要热感应部位头部、胸部和四肢的皮肤平均温度动态变化情况,并分析人体热调节反应和热舒适性变化规律。结果表明,乘员舱热环境与人体热调节模型的耦合计算方法可较可靠地分析乘员动态热反应和热舒适性;在暖风系统开启时,车内热环境瞬态变化,在不同乘坐位置乘员不同身体部位的皮肤温度变化存在差异;在热环境中,乘员皮肤温度上升,人体的热调节参数血管舒张量和出汗量增加,从而带走体内热量,维持体温恒定。

基于人体模型的舱外航天服热系统分析与计算

分析了舱外航天服空间换热的特点,对“空间环境-舱外航天服-人体”热系统进行了传热分析,利用Visual C++6.0及OpenGL技术进行了三维人体模型的构造,对人体体表温度的计算结果进行了三维图形显示.结合人体热调节模型建立了“空间环境-舱外航天服-人体”热系统仿真技术,分析了航天员在不同代谢模式、被动热防护状态及液冷、通风系统控制情况下的热状态,确定了各代谢活动水平下航天员达到舒适状态时液冷、通风系统的工作条件,利用暖体假人试验结果对系统仿真进行了验证,结果表明二者吻合很好,本项目具有很好的工程应用价值.

特殊热环境下人体热反应预测的实验研究

从分析人与环境的热平衡出发，提出一种预测出汗率的数学模型，编制了相应的计算机程序，再与热环境监测系统集成起来，开发了实时的数学－物理仿真系统—人体热反应预测及评价系统（ＰＡＳＴＥ—ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｎｄＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＳｙｓ－ｔｅｍｆｏｒＴｈｅｒｍａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ），利用该系统可以在各种热环境条件下，对人体热反应进行实时仿真，显示并存贮人体的热生理反应状态，预测人体的出汗量（ＳＷ），平均皮肤温度（Ｔｓｋ）等，以此来评价人热环境系统的质量。仿真的结果与实测结果相吻合。

基于人体热调节模型的地铁车厢热环境研究

地铁车厢热环境研究常将人体边界设置为恒定热流量,无法反映人体热调节和环境间的相互作用,很难准确地评价车厢环境的热舒适性。为有效地分析车厢内环境的热舒适性,提出一种57多节点人体热调节模型与车厢热环境耦合计算方法,对北京地铁15号线列车车厢内环境的热舒适性进行模拟计算。同时,采用该方法研究3种工况送风格栅型车厢内的热环境和乘客热舒适性,得到工况1的车厢内温度和速度分布均匀,乘客具有更好的热舒适性。相比恒定热人体边界条件,该方法能更全面地分析乘客的热舒适性,对改善实际车厢内的热环境具有一定的参考意义。

基于人体热调节模型的民机座舱热舒适性分析

民机座舱热舒适性研究对我国研制的大型飞机市场竞争力具有重要意义.在舒适性研究中人体热模型的合理性是影响舒适性分析与评价的关键.在开展的有限空间人员热特性实验测试基础上,建立了一种具有热调节行为的人体热模型,将人体复杂传热过程抽象为高温核心区、血液灌注区和等效组织区三者间热传递,很好地克服了常规定壁温或定热流密度人体模型的局限性,计算结果与实验结果吻合较好.将该模型结合文中提出的无迭代PMV(Predicted Mean Vote)热舒适性方程,在保证计算速度的前提下,可实现高人员密度的民机座舱舒适性分析.仿真结果表明:该方法既能够满足复杂空间的计算速度要求,又能较准确地体现人体生理热调节过程,仿真结果可靠性高.

飞机座舱温度生理鉴定数值模拟

建立了人体热调节系统数学模型 ,对飞机座舱温度生理鉴定参数进行了数值模拟。并对计算结果进行了试验验证 ,计算结果与实验吻合良好。

载人车室内部空气流场温度场的数值模拟

本文通过人体热特性分析,讨论了人体热边界条件的确定,在载人车室内部空气流动数值计算的基础上,对人体的热边界条件的选取进行了研究探讨。在此基础上建立了数字式暖体假人模型,为汽车空调热舒适性研究提供分析工具。

温度突变环境下人体平均温度变化及热感觉预测

分析了利用Gagge教授“两节点模型”求解人体平均温度的方法,然后根据人体与环境间热交换的平衡建立了一个简单的人体温度调节模型——“一节点模型”,避免了求解人体平均温度时所需要的复杂计算,该模型不但减少了计算求解的工作量,而且结果与“两节点模型”间有着很好的一致性;作为实际应用,利用该模型制作了温度突变环境下人体温度求解表格及曲线,总结了在该环境下人体温度变化规律,从而找到了热感觉指标TSENS在温度突变环境下的实用途径。

计及人体舒适度和柔性负荷的综合能源协同优化调度

基于能源互联网框架,提出了一种计及人体舒适度和柔性负荷的综合能源协同优化调度方法。首先,从用户需求侧的角度研究能源使用特性,将柔性负荷分为可转移负荷、可削减负荷以及可转换负荷,分别建立数学模型,并分析其经济性;然后,根据建筑热物质特性,构建了建筑等效热阻模型,用于分析冷/热功率与人体舒适度之间的关系;最后,考虑人体舒适度和用户侧柔性负荷,以综合能源服务商运行收益最大为目标函数,得到了园区级综合能源协同优化调度结果,结果表明所提模型可提高经济性并促进新能源的就地消纳。

液冷式个体热调节的二维体温调节数学模型

本文提出了一种新的液冷式个体热调节二维体温调节数学模型。该模型可用于预测人员处于非均匀热环境中,在不同着装及不同做功状态下的体温响应过程,并估算出人员在高温环境中的可坚持工作时间;本模型还可以用于液冷服的最优化设计及对个体调温系统进行评价。本文用大量的高温舱试验数据,验证了本模型的正确性及良好的工程实用性。

室内热环境参数对人体火用损的影响研究

从热力学角度探讨了室内热环境对人体火用损的影响,提出了人体火用及人体火用损的定义,并确定了人体火用计算的基准点.然后以冬季典型办公房间为研究对象,定量分析了室内热环境参数对人体火用损的影响,发现当空气相对湿度为10%~50%时,室内空气温度和室内平均辐射温度的变化对人体火用损影响较大,而当室内空气温度和室内平均辐射温度均小于20℃时,室内空气相对湿度的变化对人体火用损影响较小.

用于人-航天服仿真的人体热模型发展研究

针对人体热调节系统的高度非线性带来的航天服用人体热模型的优化问题,对近50年来各航天机构研究的人-航天服人体热模型进行整理,参考了用于建筑空调、载具舒适度评估等领域人体热模型的最新进展,从几何精细度、血液循环系统、低压失重的影响、个体差异4个方面提出了航天服用人体热模型的未来优化方向,为中国未来人-航天服仿真系统的发展提供参考。

舱内失压下航天员热舒适度和散热量仿真

针对载人登月舱内失压应急返回过程中,不同条件下航天员穿着舱外航天服维持生存时的热舒适度问题,基于Matlab建立了人-航天服热模型。其中人体热模型基于Fiala模型建立,航天服热模型使用集总参数法建立。经过不同工况的对比,仿真结果与文献数据基本吻合,验证了模型的正确性。在此基础上,基于DTS热舒适度计算方法对不同失压紧急情况下的人体热舒适度进行了分析,得到了舱内不同环境下人体热舒适度、航天服所需散热量和通风气体湿度的变化规律,并提出了系统优化方案,为我国应急舱内压力防护系统的设计和生保方案制定提供了参考。

多种智能技术在防寒服装功能研发中的应用进展

为了使防寒服装更好地满足人体各部位冷防护差异化需求,并充分发挥其功能特性,针对各类电子、通信及计算机等相关技术在防寒服中有效应用的问题,在总结防寒服发展进程的基础上,聚焦4类技术问题详细探究其在防寒服中的应用难点及制约因素,包括人体与环境动态信号的采集与传输技术、加热元件的应用模式、温度控制算法的实现方法及人体热生理模型的应用。研究发现:信号监测与传输功能在防寒服中的应用程度低,加热单元的布局方式尚无夯实理论支撑,温控算法的设计缺乏对人体生理需求的机理性分析,人体热生理模型的应用局限较多;最后指出研究功能集成度高、可满足不同群体热生理需求的非均匀智能温控防寒服且构建完整的性能评价体系在未来的研究中十分必要。