适于CFD数值仿真的人体热调节模型建模分析
CFD技术对室内热环境的数值模拟
CFD技术对室内热环境的数值模拟汪晓华1,李 超2(1.内蒙古轻化工业设计院有限责任公司;2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特 010000) 摘 要:采用CFD技术中的Fluent软件对某建筑物室内冬季采暖热环境进行了数值模拟,通过对不同热源温度下,室内不同高度处温度场的分析,提出了满足规范要求和人体舒适度要求的热源温度。
为相关系统的采暖设计提供了参考。
关键词:CFD;Fluent;热环境;数值模拟 中图分类号:T U831.2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0121—03 现代人们的工作压力越来越大,室内的工作时间也越来越长。
因此舒适的室内热环境,对工作人员的身体健康和工作效率有很大的影响。
同时,适宜的室内温度也是建筑节能考虑的重要因素。
在传统的暖通空调设计与分析方法已不能满足现代建筑的要求的情况下,采用CFD技术进行暖通空调的辅助设计、相关节能分析及系统的优化运行越来越受到研究人员的青睐[1]。
江向阳[2]利用CFD仿真软件对广东地区某一使用风机盘管的夏季空调建筑室内温度场、速度场进行模拟仿真,得出了夏季空调情况下该建筑的室内温度场和气流组织分布,结果分析表明,其室内平均温度及送风温差满足《公共建筑节能设计标准》。
李司秀等[3]使用了CFD软件对某体育场观众区和赛场进行了三维数值模拟,分析模拟的结果表明:观众区和赛场气流组织是满足设计要求的,温度、速度、PMV、PPD、空气龄均较为合适。
采用CFD技术对北方某建筑物室内冬季暖风环境进行了数值模拟,为室内采暖系统的设计及合理布局提供了依据。
1 计算方法采用CFD模拟软件Fluent对室内的热环境进行模拟。
Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD 软件包,在国内外有广泛的应用,只要是涉及流体、热传递及化学反应等工程问题,都可以用Fluent进行计算。
它可以准确模拟采暖通风过程中空气的流动、热量的传导、污染物的输移等物理现象。
数值人体模型的建立方法及其研究发展综述
数值人体模型的建立方法及其研究发展综述作者：赵阳， 端木琳， 李祥立， 张腾飞， ZHAO Yang， DUANMU Lin， LI Xiang-li， ZHANG Teng-fei作者单位：大连理工大学土木水利工程学院刊名：建筑热能通风空调英文刊名：BUILDING ENERGY & ENVIRONMENT年，卷(期)：2010,29(1)1.Hagino M;J Hara Development of a method for predicting comfortable airflow in the passenger compartment 1992(Series 922131)2.Matsunaga K;F Sudo Evaluation and measurement of thermal comfort in the vehicles with a new thermal manikin 1993(Series 931958)3.袁修干人体热调节系统的数学模拟 20054.A P Avolio Multi-branched model of the human arterial system 19805.Shitzer A;Eberhart R C Heat Transfer in Medicine and Biology Analysis and Applications 19856.Shin-ichi Tanabe;Kozo Kobayashi;Junta Nakano Evaluation of thermal comfort using combined multi-node thermoregulation and radiation models and computational fluid dynamics 20027.Gagge A P A standard predictive index of human response to the thermal environment 1986(02)8.Gagge A P;Stolwijk J A J;Nishi Y An effective temperature scale based on a simple model of human physiological regulatory response 1971(01)9.Kerslake D M;Waddle J L The Heat Exchange of Wet Skin 195810.Givoni B;Goldman R F Predicting rectal temperature response to work,environment,and clothing 197211.Wissler E H Mathematical simulation of human behavior using whole-body models 198512.P O Fanger Thermal comfort 197013.Fiala D Dynamic Simulation of Human Heat Transfer and Thermal Comfort 199814.Hui Zhang Human Thermal Sensation and Comfort in Transient and Non-Uniform Thermal Environments 200315.Guan Yazheng;Bron W J;Mohammad H H Literature review of the advances in thermal comfort modeling 2003(02)16.王良海突变热环境下人体热反应的研究 199217.Naiping Gao;Jianlei Niu;Hui Zhang Coupling CFD and human body thermoregulation model for the assessment of personalized ventilation[外文期刊] 2006(03)18.Shengwei Zhu;Shinsuke Kato;Ryozo Ooka Development of a computational thermal manikin applicablein a nonuniform thermal environment[外文期刊] 2007(04)19.B W Jones;Y Ogawa Transient interaction between the human and the thermal environment 199320.朱颖心建筑环境学 200521.Zheng Lou;Wenjei Yang Whole body heat balance during the human thoracic hyperthermia 199022.Werner J Mathematical treatment of structure and function of the human thermoregulatory system 197723.Wissler E H Mathematical simulation of human thermal behavior using whole body models 198524.Konz S;Hwang C;Dhiman B An experimental validation of mathematical simulation of human thermoregulation 1977(01)25.Gordon R G The Response of Human Thermoregulatory System in the Cold 197426.Hillel Arkin;Avraham Shitzer Model of Thermoregulation in the Human Body[EEC-148] 198427.Hemmel H T Regulation of interaal body temperature 196828.甘声华生理学 200629.Xu L X;Chen M M;Holmes K R Theoretical analysis of the large blood vessel influence on the local tissue temperature decay after pulse heating 1993(02)30.王补宣;王艳民生物传热基本方程的研究 1993(02)31.Shitzer A;Stroschein L A;Vital P Numerical analysis of an extremity in a cold environment including countereurrent arterial-venous heat exchange 199732.Weinbaum S;Jiji L M;Lemons D E Theory and experiment for the effect of vascular microstructure on surface tissue heat transfer-part I:Anatomical foundation and model conceptualization 198633.Chato J C Fundamentals of Bioheat Transfer 198934.Pennes H H Analysis of tissue and arterial blood temperature in the resting forearm 194835.Fu G A Transient 3-D Mathematical Thermal Model for the Clothed Human 199536.Wissler E H A review of human thermal models 198837.Charlie Huizenga;Zhang Hui;Edward Arens A model of human physiology and comfort for assessing complex thermal environments[外文期刊] 2001(6)38.Dusan Fiala;Kevin J Lomas;Martin Stohrer Computer prediction of human thermoregulatory and temperature responses to a wide range of environmental conditions 200139.Dusan Fiala;Kevin J Lomas;Martin Stohrer A computer model of human thermoregulation for a wide range of environmental conditions:the passive system 199940.M Salloum;N Ghaddar;K Ghali A new transient bioheat model of the human body and its integration to clothing models[外文期刊] 2007(4)41.P O Fanger Thermal Comfort 198242.Dhiman D B Simulation of a Human Thermoregulatory System with Dry Ice Cooling 197443.Konz S A Computerized prediction of physiological responses to work environments 197944.Gordon R G;Roemer R B;Horvath S M A mathematical model of the human temperature regulatory system-transient cold exposure response 197645.Gordon R G The Response of a Human Temperature Regulatory System Model in the Cold 197446.Werner J;Buse M Three-dimensional simulation of cold and warm defense in man 1986(05)47.Kuznetz L H A two-dimensional transient mathematical model of human thermoregulation 1979(05)48.J A J Stolwijk A Mathematical Model of Physiological Temperature Regulation in Man[NASA,CR-1855] 197149.J A J Stolwijk Mathematical model of thermoregulation 197051.Smith C A Transient Three-dimensional Model of the Human Thermal System 199152.Hsu S A Thermoregulatory Model for Heat Acclimation and Some of Its Applications 197753.Sprague C H;Jai B Y;Nevins R G The prediction of thermal sensation for man in moderate thermal environments via a simple thermoregulatory model 1974(01)54.Jai B Y Prediction of Thermal Sensation from a Simple Thermoreguiatory Model 197355.Gagge A P A Two-Node Model of Human Temperature Regulation in FORTRAN 197356.Frank S M;S N Raja Relative contribution of core and autonomic responses in human[外文期刊]1999(05)57.Wang X Thermal Comfort and Sensation under Transient Conditions 19941.李健.于清华.黎明和.LI Jian.YU Qing-hua.LI Ming-he三维人体模型的个性化调节及平滑处理研究[期刊论文]-工程图学学报2008,29(5)2.陈君.陈永强.Chen Jun.Chen Yong-qiang一种构建三维人体模型的方法[期刊论文]-武汉科技学院学报2009,22(1)3.张星数字化人体模型的建立及其在电动自行车人机分析中的应用[学位论文]2006本文链接：/Periodical_jzrntfkt201001006.aspx。
着装人体热应激评估中热生理模型的研究进展
着装人体热应激评估中热生理模型的研究进展作者：刘冰清王中昱王云仪来源：《丝绸》2024年第05期Research progress on thermo-physiological models in the assessment ofthermal stress in dressed human bodies摘要：在消防及工业场景中，穿戴防护服的作业人员于高温热环境下工作，可能面临体温升高、脱水、疲劳及中暑等热应激问题。
相较于真人实验、假人测试及热应力预测模型，热生理模型具有建模灵活、预测稳定等优势，已被广泛应用于高温环境中的热应激评估。
文章从人体建模仿真、人体环境传热模型和服装传热模拟三个方面，归纳了热生理模型评估的影响因素，并展望了未来研究的发展方向。
首先，结合生理学、神经科学等领域的研究，以提高高温环境下人体热调节模拟的准确性;其次，整合动态传热系数于人体与环境传热模型，克服模型区段差异和高温热传递模拟的挑战;最后，进一步细化服装模型，并加强与热生理模型的结合。
关键词：热生理模型;防护服;人体安全评估;热应激;体温调节中图分类号：TS941.16文献标志码：A文章编号： 10017003（2024）05期数0069起始页码09篇页数DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2024.05期數.009（篇序）收稿日期：20230930;修回日期：20240402基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金项目（2232023G-08）;上海市科学技术委员会“科技创新行动计划”“一带一路”国际合作项目（21130750100）作者简介：刘冰清（1999），女，硕士研究生，研究方向为服装舒适性与功能服装。
通信作者：王云仪，教授，*****************.cn。
在工业作业和消防救援过程中，作业人员经常面临外界高温、烈火、强辐射及蒸汽等极端环境的威胁［1］，同时负担高强度的工作任务。
[adina]CFD流体热分析
![[adina]CFD流体热分析](https://img.taocdn.com/s3/m/fd6dc453fab069dc502201a9.png)
划分网格
点击菜单Meshing →create mesh →body,body7划分网格
点击菜单Meshing →create mesh →body,body1，2，3，4， 5，6划分网格
定义求解控制
点击菜单control→ solution process 选择multigrid求解器和牛顿平衡迭代策略
提交计算
点击菜单ution→data file/run 提交计算
Define points
定义如表所示的points 1001 到1008 用于定义Polyline 1
Define polylines
选择geometry → lines →polyline 输入如表列出的点编号和顺序
Define sheet and sweep body
如前面步骤介绍定义sheet 用于sweep body 选择前面定义的ployline 1 定义sheet 7 使用sheet 7 定义sweep body 7
布尔运算（subtract)
点击菜单adina_m → boolean operate→substract 从body7中减去body 1 2 3 4 5 6 注意：红的框标志的两个选项打钩
后续定义facelink需要用到 imprinted edges
Define facelink
点击菜单geometry →face →facelink 下的 create for all faces/surface 目的：建立facelink为了保证不同的零件结合 面节点连续性。 create for all faces/surface：AUI 按照给定容 差自动搜索相关连得face建立facelink
几何模型建立
cfd与人体热反应模型的耦合系统及耦合方法与流程 -回复
cfd与人体热反应模型的耦合系统及耦合方法与流程-回复提问中关于"CFD与人体热反应模型的耦合系统及耦合方法与流程"的问题，我将以以下步骤来回答：1. 介绍CFD和人体热反应模型1.1 CFD（Computational Fluid Dynamics）是计算流体力学的缩写，是一种数值模拟方法，用于解决复杂的流体流动和传热问题。
1.2 人体热反应模型是针对人体的热调节机制进行建模和模拟，研究人体在不同环境条件下的热适应能力和舒适度。
2. CFD和人体热反应模型耦合的意义及目的2.1 耦合CFD和人体热反应模型可以更精确地预测人体在复杂环境中的热舒适度。
2.2 耦合可以帮助工程师优化建筑设计和空调系统，提高人体的热适应性和舒适度。
3. 耦合系统的建立3.1 首先，需要建立人体热反应模型。
该模型可以基于人体生理参数、生活习惯以及活动水平来估计人体的热产生和热交换等参数。
3.2 其次，需要建立CFD模型。
该模型可以利用数值方法解决流体流动和传热问题，并模拟环境中的温度、湿度和气流速度等参数。
3.3 最后，将人体热反应模型与CFD模型耦合，形成一体化的系统。
4. 耦合方法和流程4.1 将建立的人体热反应模型和CFD模型进行集成。
可以采用有限元、有限差分或者有限体积等方法，将两个模型的求解过程结合在一起。
4.2 通过迭代计算的方式，循环更新人体热反应模型和CFD模型之间的耦合参数，直到找到平衡状态。
4.3 在模型求解过程中，可以使用实测数据对模型进行验证和校正，提高模型的准确性和可靠性。
4.4 最后，将耦合系统应用于实际工程问题中，进行热舒适度评估和优化设计。
5. 应用案例和实际效果5.1 利用耦合系统可以对建筑物内部的热环境进行优化设计，提高人体的热适应能力和舒适度。
5.2 耦合系统可以帮助冷暖设备的设计和调节，提高能源利用效率和环境友好性。
5.3 通过对不同场景下的热舒适度进行评估，可以为建筑物的合理使用和管理提供科学依据。
基于人体-服装-环境的高温人体热反应模拟与实验研究共3篇
基于人体-服装-环境的高温人体热反应模拟与实验研究共3篇基于人体-服装-环境的高温人体热反应模拟与实验研究1基于人体-服装-环境的高温人体热反应模拟与实验研究随着全球气候变暖的加剧，高温环境在很多地区已成为人们关注的热点问题之一。
在高温环境下，人们的身体容易受到很大的影响，甚至会引起各种健康问题。
因此，研究高温环境下人体热反应的规律对于人们的健康和安全至关重要。
本文介绍了一种基于人体-服装-环境的高温人体热反应模拟与实验研究方法。
该方法通过对人体、服装和环境的建模，分析人体在不同高温环境下的热反应情况。
具体实践过程如下：首先，对人体进行建模。
人体的热反应是由许多生理机制共同参与的，如汗腺、血管、呼吸等系统。
这些机制的复杂性使得简单的模型难以精确地描述人体的热反应。
因此，在本研究中，采用了一个基于人体神经和代谢系统的生理学模型来描述人体的热反应。
该模型将人体分为多个组织和器官，通过计算不同组织的热传导和代谢率，得出人体温度的分布和变化。
其次，对服装进行建模。
服装作为人体热交换的主要接口之一，其对人体热反应的影响不能忽视。
在本研究中，采用了一个基于热力学原理的服装模型来描述服装的热性能。
该模型考虑了服装的热导率、热容、吸湿性等因素，并将其与人体模型相结合，计算了人体和服装之间的热量传递过程。
最后，对环境进行建模。
高温环境下，人体和环境之间的热交换是不可避免的，环境温度、湿度、风速等因素会直接影响人体的热反应。
因此，在本研究中，采用了一个基于气象学原理的环境模型来描述环境的热性能。
该模型将环境划分为多个区域，考虑了热传递、风对流、辐射传热等因素，并计算了环境对人体的热影响。
通过将人体、服装和环境模型相结合，可以得到高温环境下人体的热反应情况。
接下来，我们进行了一系列实验来验证模型的准确性。
实验中，我们将被试者置于高温环境下，记录其体温、心率、代谢率等生理参数，并将这些数据与模型预测结果进行比较。
实验结果表明，该模型能够较为准确地预测人体在不同高温环境下的热反应情况。
人体体温调节系统的仿真建模
体温调节系统的仿真建模班级：生医101班PPT主讲：李晓玉信息采集：刘杰高磊峰论文写作：刘晓潞吕永利PPT制作：郭金涛邵国帅体温调节系统的仿真建模前言：随着科学技术和医疗水平的不断发展，人们越来越注重自己的身体健康，而体温调节在维持人们的健康生活中发挥着越来越重要的作用。
关于体温调节方面的研究变得更加刻不容缓。
本文主要从近年来我国的体温调节系统的仿真建模的发展、建模依据、使用原理、仿真过程等几个方面来论述。
关键词：体温调节仿真建模建模依据正文：一、我国体温调节数学模型研究的进展体温调节数学模型从1934年Bton开始至今已有50多年历史,模型发展大致可以分成两个阶段,1963年以前所建模型只是人体稳态或瞬态的传热模型,1963年以后在模型中开始以数学形式考虑了体温调节功能。
在建模方法土大多数作者是将人体划分成若干节段的集中参数法〔‘’,另一种是以Werner为代表的分布参数法〔2’,即不划分节段,直接用数学分析方法求解人体的三维温度场,但这种方法所需生理数据多达7 x 105个,为此需建立巨大的数据库,求角辫目当大的藕合矩阵,因此需要大容量和高速度的计算机,这就限制了模型的实现和较普遍的实际应用。
从理论上讲,模型越复杂,对人体实际描述得越精确,但所花的代价也越高,因此从工程角度来看,建模的原则应是在充分反映人体实际系统性能的前提下,尽可能使模型简单实用。
二、建模的依据1.由于体内各器官的代谢水平不同，它们的温度略有差别。
而体表温度是指人体外周组织即表层的温度，包括皮肤、皮下组织和肌肉等部位的温度。
皮肤温度受环境和衣着等情况的影响，波动的幅度较大，体表各部位皮肤的温度差也大。
2.恒温动物的体温是相对稳定的，但并不是一成不变的。
在生理情况下，体温受昼夜、年龄、性别等因素的影响而有所变化，但变化幅度小，一般不超过1℃。
3.正常体温的相对稳定能够得以维持，是在体温调控机制的控制下，产热和散热过程处于动态的平衡。
体温调节系统的仿真与建模
辐射、传导和对流散失的热量取决于皮 肤与环境之间的温度差，而皮肤温度受 皮肤血流量的控制。
机体的体温调节机构正是通过交感神经 控制皮肤血管的口径从而调节皮肤的血 流量。
以上几种散热方式对体温的调节是在皮 肤温度高于环境温度的前提下实现的， 当环境温度高于或接近皮肤温度时，皮 肤不仅不能散热，反而以辐射和传导的 方式从周围环境中获得热量。
➢ 通过血液引起机体深部组织温度改变，直接作 用于下丘脑前部；
➢ 脊髓和下丘脑以外的中枢温度感受器将温度信 息传送给下丘脑前部。
下丘脑前部和中枢其他部位对信息进行整 合，发出传出指令:
➢通过交感神经系统调节皮肤血管舒缩反应 和汗腺分泌；
➢通过躯体神经改变骨骼肌的活动如战栗等 ；
➢通过甲状腺激素、肾上腺素、去甲肾上腺 素等分泌活动的改变调节机体的代谢率。
（二）体温调节中枢
多种恒温动物脑的分段切除实验表明， 只要保持下丘脑及其以下的神经结构完 整，动物即使在行为方面有些欠缺，但 仍具有维持体温相对恒定的能力。
如进一步破坏下丘脑，则动物不再能维 持体温的恒定，这说明体温调节的中枢 位于下丘脑。
当外界环境温度变化时，温度信息的传入：
➢ 皮肤温度感受器的刺激，将温度变化的信息沿 躯体传入神经经脊髓到达下丘脑的体温调节中 枢；
1. 昼夜节律
在一昼夜之间，体温呈周期性波动 ，清晨6时最低，午后6时最高，波 动幅度正常不超过1℃，这种昼夜 的周期性波动称为昼夜节律。
2. 性别
成年女子的体温平均比男子高约0.3℃ 。女子的基础体温随生理周期而发生 变动，在月经期和月经后的前半期较 低，排卵日最低，排卵后体温升高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（详见表 1），把人体除核心区外部分简化为等效组织传热区。
血液灌注区：血液对人体组织的灌注极大地改善了组织的传热能
力，把人体血管等效为头部和躯干血管，改善等效固体传热区的传热性
能模拟。
2.数学模型
常规数值人体热模型没有考虑人体组织间热传，仅将人体体表视
为周围环境热交换的一个边界条件，即体表温度或体表热流为定值。
本文人体热模型建模过程中将其发展为人体内部流固耦合传热模型，
进而参与到整个传热过程中，体现了人体热调节行为（热积或热债）。
图 1 所示的人体区域 1~7 遵循以下非稳态传热方程：
等效组织传热区 2 满足固体属性传热：
ρ2
c2
∂T2 ∂τ
=
λ2æçç è
∂2T ∂x2
+
∂2T ∂y2
+
∂2T ∂z2
ö ÷÷ ø
等效 导热 系数
Li
Rsi
Rfi
Rmi
Rci
mi
λi
m
m
m
m
m
kg W·m-·1 ℃-1
头部 0.17 0.09 0.09 0.09 0.08 3.52
0.79
颈部 0.08 0.06 0.06 0.05 0.03 0.96
1.04
躯干 0.64 0.13 0.13 0.01 0.07 27.29
0.39
1.人体热模型 最完善的人体热模型应当包含人体热生理活动控制的数学方程， 即能准确地将人体的出汗、血管运动、寒颤等热调节过程表示出来。但 人体热调节系统组成相当复杂，且对生物控制系统进行精确数学描述 非常困难，无论是数学方程搭建还是计算机的数值仿真，都可能带来不 可想象的难点，阻碍人体热模型在工程领域的应用。 大型飞机座舱温度控制范围通常在 18～24℃之间，乘员处于此热 中性环境下的生理热调节不需要通过出汗和肌肉寒颤来实现。建立数 值人体模型时，注重发展血管运动的计算方法，简化人体生物热方程， 可以实现模型合理性和计算机处理能力间的平衡。
4.人体热调节模型的仿真分析 将本文建立的数值人体模型运用到飞机座舱舒适性的研究中，数 值人体模型表面复杂曲面采用多面体网格进行网格划分，获得如图 4 所示人体表面温度分布情况。 模型中相关参数经过试验的修正，数值计算得到的人体表面温度 分布趋势与试验结果基本一致。 综上所述，本文提出的具有热调节行为的人体热模型，改变了单纯 由环境参数判断人体热舒适性的局限性；还通过曲面建模技术，实现了 座舱乘员的逼真建模，大大降低了盒形人体简化外形对空气流场5 0.04 0.03 1.78
1.00
过程抽象为三区域间传热，见图 1，更真实地模拟了人体的传热过程：
高体温核心区：人体的生理机能决定了必须维持体温近似恒定才
能保证人体各项功能正常。
等效组织传热区：体内组织分布不均匀，不同组织的热物理特性
（导热系数、密度、比热容）有差别。计算出各节段的等效热物理参数值
图 2 变环境参数下的头皮和面部温度曲线
作者简介：崔燚（1984-），女，湖北襄阳人，博士。
— 64 —
图 3 变环境参数下的前胸和后背温度曲线
图 4 人体热特性仿真结果 分析试验数据得出结论：人体各部分的温度分布不一致，头部、胸
科技信息
和手的温度较高，四肢次之，脚温度最低；各部分随环境变化的程度不 一样，头部变化最明显，其次是四肢，胸部和脚部变化最小。
| -λ2
∂T2 ∂n7
交界7 = α4(T2 - T4)
（4）
式中 x、y、z 为坐标，m；n 为交界法向；T 为近人体环境及体内各区域
温度，℃；λ、ρ、c 分别为体内各区域组织等效导热系数 W（/ m·℃）、密
度 kg/m3、比热容 J（/ kg·℃）；τ为时间，s；α为各液体区域对流换热系数
W（/ m2·℃）；d、l 为血液灌注区等效血管直径和血管长度，m；m 和 c 分别
温度测试系统包括：工控机、数据采集模块、温度传感器、数据计算单元等。
（2）实验方法及内容：人体皮肤温度的测量采用接触式体表测试，
将铂电阻用胶布固定粘贴于人体 14 个典型测试部位，对人体主要部位
的体表温度进行实时监测与记录。
（3）实验结果分析
人体主要部位温度随环境变化的曲线见下图：
前臂 0.25 0.04 0.04 0.03 0.02 0.97
1-高温核心区；2-等效组织区；3-血液灌注区；4-环境； 5-2 与 3 交界；6-1 与 2 交界；7-体表
图 1 具有热调节行为的人体热模型结构示意图 表 1 人体各节段等效导热系数
各节段几何参数及质量分配比例
节段 皮肤层 脂肪层 肌肉层 核心层 节段 节段 长度 半径 半径 半径 半径 质量
飞机座舱舒适性是我国发展大型民机不可回避的关键技术之一。 飞机座舱作为典型的特殊微环境，环境热舒适性研究主要采用数值计 算方法，因此适于数值仿真计算的人体模型是整个飞机座舱热舒适性 分析的关键，其建模的合理性直接影响到座舱舒适性评价的可靠性。
本文在热调节合理性和数值计算量之间寻找平衡点，提出一种适 用于复杂空间环境的具有热调节行为的人体热模型，为大型飞机座舱 的舒适性系统深入地理论分析提供参考。
血液灌注区 3 满足流体传热：
dT3 dl
=
α3 πd(T3
-
T2)
固体区 2 和液体区 1 交界 6 满足：
| -λ2
∂T2 ∂n6
交界6 = α1(T2 - T1)
上述传热方程还需要满足内外两个边界条件：
（1） （2） （3）
（1）内边界条件（高温核心区 1）：T1=37℃。
（2）外边界条件（体表 7）：
为各区域的量 kg 和比热容 J（/ kg·℃）。
3.热环境人体皮肤温度测试实验
为了验证数值人体热模型的合理性，并对模型中的参数进行修正，
本文通过开展环境参数发生变化时人体表面温度测量实验，有效的研
究人体皮肤温度随环境参数的变化，获得了变环境参数下人体皮肤温
度实验数据。
（1）实验场所及测试仪器：实验室采用中央空调送风，温度可调。
科技信息
适于 CFD 数值仿真的人体热调节模型建模分析
中国商飞上海飞机设计研究院 崔 燚
［摘 要］本文在深入研究人体热调节生理机制的基础上，根据热环境人体表面温度实验数据，提出了一种适用于 CFD 数值仿真的具 有热调节行为的人体热模型，通过流固耦合数学模型，获得人体表面温度分布。 ［关键词］热舒适性 人体热模型 民机座舱 数值仿真
1.07
手 0.19 0.02 0.02 0.02 0.01 0.48
1.42
大腿 0.36 0.07 0.07 0.07 0.04 9.87
0.93
小腿 0.39 0.05 0.04 0.04 0.02 4.31
1.03
足 0.22 0.02 0.02 0.02 0.02 1.24
1.35
由于人体组织间导热系数较小，体内换热时，血液起到十分重要的 作用。本文提出的具有热调节行为的人体热模型，将人体复杂的传热