airpak《CFD人体散热模型》airpak模拟高级班48讲

M-W= Qsk+Qres=(Cres+Eres)+(C+R+Esk)式中, M 为人体能量代谢率,决定于人体的活动量大小(W/m'); w 为人体房做的机械功(W/m ); Qres 为通过呼吸的全热损失率(W/m); Qsk 为通过皮肤表面的全热损失率(W/m); Cres 为通过呼吸的对流热损失率(W/m2); Eres 通过呼吸的蒸发热损失率(W/m2); C+R 为通过皮肤表面的显热热损失(W/m2); Esk 为通过皮肤表面的蒸发热损失率(W/m2)。 人体散热的主要来源（计算公式较多，较为复杂） 2）Gaggede 两节点瞬态人体热源模型（限制于均匀工况） 两节点瞬态人体热模型 该模型将人体简化为两同心圆性体一内圆柱体代表 人体的核心部分(骨骼、肌肉、内部器官),外圆柱体代表人体的皮肤层。 并且假设:通过皮肤的传导换热可以忽略;每一节点的温度发匀;新陈代谢产 热,外部做功、和呼吸热损失与内部节点相关联;人体核心部分与皮肤层通过直接 接触和由热调节控制的外部血液流动进行能量交换。根据能量守恒,人体蓄热率= 人体净得热率一人体热损失，得出平衡方程（方程不做具体介绍）
(W/m)。那么这就是人体能量的组成形式。 6.3 那么对于我们环境来说，他的接受形式是人体散热。 人体与周围环境进行热交换的方式有几种,包括:皮肤表面的显热散热,汗液
蒸发与皮肤散发的湿气蒸发形成的潜热散热,以及呼吸过程中的显热与潜热散热。 其中,按照对空气温度影响机理不同,人体热源的散热方式可以分为两种:
那么落实到我们在做科研也好，做具体的工程项目也好，如何来获得人体的 具体散热情况呢。那么这里给大家列了一些公式，
人体散热计算公式重要系数： 表面传热系数 辐射传热系数 服装面积系数 接下来我们来看下在 Airpak 软件中如何来设置相应的参数。
1)直接散热,包括对流、呼吸散热以及人体散湿形成的潜热。 2)间接散热,即人体辐射散热。 人体的热平衡方程是研究人体散热散湿特性的基础,人体各种散热散湿量都 由人体的热平衡决定。影响人体散热的因素很多,其中对人体散热量影响较大的 主要有以下几个参数: (1)人体的能量代谢率 人从摄取的食物中吸收糖、脂肪和蛋白质,这些物质 通过碳氢氧化的分解过程而释放能量,一部分能量供人体活动和机体的需要. 另一部分维持体温并直接散发给周围环境,这就是人体通过新陈代谢释放能 量的主要过程。 （2）人体皮肤表面积 人体与环境的绝大部分热交换,如皮肤对流散热,人体表面 的辐射散热,以及人体出汗造成的蒸发散热,都是经由人体的皮肤表面进行的,人 体皮肤表面积不相同,人体与周围环境的热交换量也会有区别。 (3)皮肤平均温度 当人体体内温度升高的时候,人体热调节系统就会通过扩张皮 肤附近的毛细血管的直径来提高皮肤表面的温度,加大人体与环境的散热量,反 之,体内温度下降时,(提示：Airpak 模拟 48 讲视频课程，可以关注公众号：七 师兄课堂）人体会通过缩小血管直径,以降低皮肤表面温度来保持热能 (4)服装热阻和透湿性 服装对人体的保温和湿扩散有着重要的影响。一面,服装 阻码人体热量向外界环境释放,另一方面、服装对皮肤表面的水蒸汽附加阻力， 同时吸收部分汗液。 6.4 人体热源模型 前人的科研成果，从人体新陈代谢机理出发,分析人体的各种散热、换热形 式建立了许多人体产热、散热的物理模型,给出了相应于人体热物理模型的基于 使量守恒原则的人体热平衡方程。 要描述人体热平衡和散热过程，必须建立人体热平衡的物理模型，对复杂
3）Stowlijkde 多节点人体热源模型。模型把人体分为头、躯干、胳膊、手、 腿、足等 6 个节段,并假设中央血液部分通过血液循环把 6 个节段联系来。头部 抽象为圆球，其他节段作为圆柱来看待。每一个节段从内到外划分为核心层、肌 肉层、脂肪层、皮肤层。 6.5 前面我们说了，人体散热的模型，那么，我们人体是通过哪些方式和环境进行热 力交换的呢？我们知道，最基本的换热方式，有三种导热、对流、和辐射。那么 前面的课程中讲到，人体和环境的热交换，主要是对流和辐射。热量交换的形式 主要有显热和潜热交换。 显热散热主要包含：人体皮肤表面辐射散热、皮肤对流散热、呼吸对流散热 潜热散热主要包含：皮肤蒸发潜热、呼吸潜热
以上具体的显热和潜热散热，计算公式也是十分的多而繁杂，我们不做具体 介绍。因为，我们一般不做具体的人体研究，而是想要知道人体的换热量，目前 很多科研和工程项目，在关于人体散热这一块使用的大多事是简化后的模型。当 然了，国内也有一些科研单位和高校的科研人员，使用 CFD 细致的研究人体的各 方面情况。比如香港大学，在研究人体呼出的飞沫情况，已经走在了前言，中南 大学研究过人体血管、肺部呼吸。东南大学研究过医院人体呼吸道疾病方面等等。
S = (M-W) + E + C + R 式中, S 为人体蓄热率(W/m ); M 为人体能量代谢率(也可称为人体新陈代谢 率),决定于人体的活动量大小(W/m2); w 为人体所做的机械功(W/m'); E 为汗液燕发和呼出的水蒸气所带走的热量(W/m); R 为穿衣人体外表面与周 围表面间的辐射换热量(W/m'); C 为穿农人体外表面与环境之间的对流换热量
06 节《CFD 人体散热模型》airpak 模拟高级班 48 讲 各位同学，大家好，我是七师兄。 今天我们来学习，Airpak 高级班的第六课《人体散热模型》 室内热源的散热是影响室内空气状态的重要因素,对于空气调节领域的工程 设计和理论研究来说,室内热源的散热特性对于室内环境影响十分显著。 室内热源的种类繁多,形状各异,很难对各种热源的散热情况进行详细的描述。 辐射对流动和热源散热有很大的影响,严格的热源描述需要考虑辐射,对流与热 源之间的耦合关系,但考虑这种耦合关系后数值计算量大幅度增加。一般只有在 详细研究热源散热特性时需考虑这种耦合,而计算室内空气流动时则采用解耦的 方式进行,即采用简化的热源模型。简化的热源模型是分别对各种不同热源的散 热特性进行研究后,给出的简单易用且具有一定精度的热源模型。室内热源种类 繁多,常见的包括人员、灯 和设备三大类,其中,人员的散热特性不仅取决于人 性别、年龄等客观因素,还和环境参数、衣着和活动状态有关;灯具种类繁多,安 装方式也干差万别,导致来自灯光的散热变十分分复杂:室内设备更是多种多样,, 常用的就有计算机,复印机、打印机、扫描仪，各种家用电器等。 6.2 在讲人体散热模型之前，我们要知道人体能量的组成形式。 人体需要的能量。其中,一部分能量直接以热能形式维持体温恒定并散发到 体外. )他为机体所利用的能量,最终也都转化为热能散发到体外。 生理代谢活动是人类最基本的生命活动。为了保证生理代谢的正常进行,人 体的温度必须稳定在一个很狭窄的温度范围内。体温过高或过低都会对体内的生 化反应产生严重的影响(提示：Airpak 模拟 48 讲视频课程，可以关注公众号： 七师兄课堂）。为了保持自身的热平衡,人体通过呼吸、汗液分泌等调节方式,与 环境进行着热量的交换。因此,人体存在如下式所示的热平衡(为统一起见,均折 合为单位人体表面积的热量):
人体进行简化，从而建立适当的描述人体各种散热过程和整个人体的热平衡方程。 目前已经有以下三种常见的描述人百度文库散热的模型。
1）Fanger 的单节点稳态人体热源模型（局限于稳态环境） 2）Gaggede 两节点瞬态人体热源模型（限制于均匀工况） 3）Stowlijkde 多节点人体热源模型（能够模拟非稳态、非均匀条件，但计 算量大） 4）其他人体热源模型 1)Fanger 的单节点模型假设:人休处于热平衡状态,人体的蓄热可以忽略; 人体近于热中性,即人体无颤抖,且不考虑血液调节作用。在该模型中,人体内部 与皮肤层作为一个整体,所以称为单节点模型。隐态情况下,人体的产热等于人体 的热损失,由此可列出下述人体热平衡方程(各项热量均为单位人体表面积的 值);