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1、集成模型——模拟人-服装系统热交换的流程摘要Stolwijk多节点模型被改进了，改进之后考虑到了皮肤表面上的汗水积累并且被应用到模拟人体的生理调节反应。这个人体模型界与服装材料的热湿模型耦合，,顾及到了水蒸气在纤维里的吸附作用。此外,多层服装系统已经开发出来并和人体模型集合在一起。结果证实了已发表的实验数据[2004爱思唯尔有限公司]关键词:人体、温度调节、服装、热、湿传递、模型引言、1911年，Lefevre第一次尝试从热动力学的观点来表示人体。他认为人的身体就像一个有着产热核心和散热外壳的球体，从那时
2、起,大量全人体热模型就被开发出来。该模型从一个均匀的圆柱体进化到多层次圆筒，而且通过一个血液循环连接的不同身体部位，尺寸是多变的。这个多层结构推导自人体的解剖结构：皮肤、脂肪、肌肉和心脏。虽然,那些开发了全人体热模型生理学家和工程师们采用各种各样的方法，但是都可以概括为以下几类：一个节点热模型、双节点热模型、多节点热模型,和多元化的热模型。Givoni和 Goldman (1972)开发了一个著名的整体预测模型。在这个模型中,人体是由一个节点表示。这种模型是经验主义的，只适用于热环境。双节点热模型将整个人
3、体分成两个同心壳：外部皮肤层和产热内核（代表内部器官、骨骼、肌肉和皮下组织）。每一个外壳的温度通常认为是统一的。因此,模型中的两个同心壳也可以被认为是两个热节点,比如Gagge的模型(Gaggeetal.,1971)。多节点模型是从双节点模型延伸出来的。其中一个多节点模型是将整个身体分成很多层同心外壳或节点，且每一层的温度也被认为是相同的，如Stolwijk模型(Stolwijk和Hardy,1977)。另一个多节点模型把皮肤层分为任意片段，考虑角组织温度变化,比如Jones 模型(Jones 和Ogaw
4、a,1992)。在多元化的热模型中,人体被分为几个身体部位,或几部分,但与多节点模型不同,节点或层结构没有被进一步用于每一个部分,如Wissler(1985)的模型,和Smith(1991)模型。多元化的热模型是最复杂的热模型。虽然多元化热模型可以更精确地预测,由于模型复杂,许多的人体几何属性人体必须先被发现才能进行计算。双节点模型很简单,但提供的信息少。多节点模型是一个集总参数模型的，它应用在许多领域。可是现在的多节点模型，如Stolwijk模型(Stolwijk与Hardy,1977)没有考虑到体表的
5、汗水积累效应。,当人类在一个高温环境下穿衣时，会产生一个更大的错误。因此,本文提出了一种新的模型基于Stolwijk模型(Stolwijk和Hardy,1977)和Jones 模型(Jones 和Ogawa,1992)。另外,汗水积累在皮肤表面被考虑到了。对着装人体中热、湿传递的研究是非常有趣的。史密斯(1991)结合了多元人体模型和Farnworth的(1986)着装动态仿真模型。Farnworth的(1986)着装模型基于耐热性和水分阻力,这些都是模型中的常数，因此,水蒸气在纤维中动态吸附对于电导率和
6、热容能力的影响被忽视了。Li和Holcombe(1998)和LiandWang(2002)研发了新模型，该模型结合了服装中的耦合热、湿传递，改善了Gagge的模型(Gaggeetal.,1971，人体体温调节反应)。在Li和Wang(2002)的观点中，液态水在服装中的转移被考虑到了。然而,上面提到的模型都是片面的，由于着装人体的高度差的影响被忽略了。为了克服这一弱点,我们结合了改进的Stolwijk模型和一个描述服装中耦合的热、湿传递的模型。在这个模型,中，动态变化的温度、湿度、(反)吸附以及液态水对于
7、有效导热率和热容能力的影响都被考虑进来。此外,服装层数对温度以及水分积聚在皮肤表面湿度的影响也被研究了。术语：Bn，血液流动的热损失cb，单位血液的热容量Cv,织物单位体积的热容量，Cn,单位能量热容Ca，水蒸气在纤维空隙间的浓度，Cf，纤维中平均水蒸气浓度Cn，通过对流散失的热量，C0f，纤维中湿浓度Df，纤维中水蒸气的扩散系数，En，通过皮肤蒸发的热损失Eres，呼吸的热损失f，纤维的水分吸附等温线hc，对流传热系数，hfg，对水的汽化热(汗)hr，辐射传热系数，Hm，空气层的传质系数Ht，空气层的传
8、热系数，k，织物的导热系数Ka，空气的导热系数，Kn，传导热损失L，织物的厚度Mn，代谢产热量mrsw，常规出汗ms，汗水堆积在皮肤表面Pea，环境温度下的水蒸气压强Psat，皮肤温度下的饱和水蒸气压Psk，皮肤表面的，水蒸气压力Rn，辐射热损失Rea，在皮肤表面蒸发热阻Resk，皮肤蒸发阻力RH，相对湿度，Si，皮肤第i个段面积t，时间，taI，空气层的厚度T，温度，Tb，血液温度Tn，组织层温度，希腊字母ε，织物的多孔性，
