基于个体差异性的人体热舒适模型及模拟研究

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随着人们生活水平的提高和科技的快速发展,人体的热舒适性研究得到了国家及个人的极大关注。共处于同一环境下的人群,由于个体差异性,人群内部间的舒适性会存在差异,因此,如何营造健康、个性化的舒适环境,最大程度地提高个人的热舒适水平,已成为目前热舒适领域研究和追求的趋势和热点。基于个体差异性进行人体热舒适模型及模拟研究,研究成果可用于预测不同个体的热生理参数和评估热舒适性,且可为工作环境的安全健康评估和个性化热防护装备的研发等提供理论指导。主要工作如下:首先,开展了人体热生理实验。设置了接近热中性环境(25℃)和高温环境(35℃)两个实验工况,测量不同环境温度工况下受试者的核心温度及皮肤温度,并将测量结果用于验证基于个体差异性的人体热舒适模型和CFD数值模拟耦合系统的精确性。其次,通过改进Gagge两节点模型建立基于个体差异性的热生理模型,该模型可通过输入个体参数来预测人在一定热环境中的热生理变化,再将改进后的热生理模型与PMV模型结合,建立了基于个体差异性的人体热舒适模型,并对该模型进行了验证和应用分析。研究表明:基于个体差异性的人体热舒适模型能相对精确地预测不同个体在热环境中的生理变化和热感受,其与实验结果较为接近,并且与Gagge两节点模型对比发现,在40℃/50%的高温环境下新建模型预测的皮肤温度更为精确。最后,将基于个体差异性的热舒适模型导入Fluent软件中建立CFD数值计算与人体热舒适模型的耦合系统,用于计算人体在给定室内通风条件下通过与环境之间对流和辐射所损失的热量,并预测人体皮肤和核心的温度变化;通过该研究的实验结果验证了数值模拟耦合系统在预测皮肤温度以及核心温度方面的适用性。结果表明:CFD数值模拟耦合系统预测的高温环境下人体的皮肤及核心的温度与实验结果较为吻合,其可有效用于预测高温环境下的热生理参数,可为职业健康评估、个性化冷却或加热系统开发以及提升工作效率等提供基础支撑。
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