基于高温人体热反应模型生理参数预测.pdf

ISSN 10 6／20 — — 00-0054 清华大学学报 (自然科学版)2014年第54卷第11期 CN 11—2223／N JTsinghuaUniv(Sci Techno1)，2014，Vo1．54，No．11 1422—1427 基于高温人体热反应模型的生理参数预测 一一蓥一耋_一～一一～一一吣一一～ 杨 杰 ， 翁文 国 (清华大学 工程 物理 系，公共安全研究 院，北京 100084) 摘 要 ：为有效评估人员在高温环境的安全性，建立人体热 人体通过新陈代谢产热 ，并与外界环境通过对 反应模型模拟高温环境人体皮肤温度、核心温度等生理参 流、辐射 、蒸发及传导等方式进行热交换L1]。当人体 数。计算人体一服装一环境之间的热交换，并考虑高温对人体 暴露于热环境时，可通过生理调节和行为调节适应 代谢产热、血流量、换热系数 的影响，建立适用于高温环境 的 环境 ]。然而，当长时问处于高温环境时，人体产热 人体热反应模 型。通过人体实验测量值及 Fiala模 型模拟值 和散热不平衡 ，会导致体温上升 、出汗量增大 ，可能 验证所建模型的有效性，验证结果表 明高温人体热反应模型 发生热应激 ，甚至死亡[3]。随着传热学、生理学及 和实验结果吻合得很好。在 48℃环境中所建立模型模拟平 仿真建模的发展，高温环境中人体热反应成为公共 均皮肤温度值与实验测量值最大差值小于 0．3℃，而 Fiala 安全领域研究的热点。建立人体热反应模型，综合 模型与测量值最大差值接近 1℃。所建立的模型可用于高 温环境人体皮肤温度和核心温度等生理参数预测 ，为公共安 考虑人体内部热交换 、人体与环境之间热交换、服装 全领域的应急救援、人员安全性评估、防护服研发等提供 对人体与环境热交换的影响，对于应急救援 、人员安 参考。 全评估、防护服的研制等意义重大。 关键词 ：公共安全 ；高温；人体热反应模型；生理参数 在人体热反应数学建模方面 ，主要思想是 “分 块、分层”，即将人体按生理结构划分为多块 ，每一块 中图分类号 ：X959 文献标志码 ：A 又划分为多层 ，如核心、肌 肉、脂肪及皮肤层，或核 文章编号 ：1000—0054(2014)11—1422—06 心、动脉 、静脉 、皮肤层 。Gagge[5将人体分为 内、外 两个 同心圆柱体，内层核心层为人体器官、肌肉及组 织 ，外层为皮肤层 ，在此基础上分别对 内层和外层进 行建模 ，用于计算人体 内部及人体与环境之间的热 交换 、皮肤温度 、核心温度等。Stolwijk_6将人体分 为头、躯干、胳膊、手 、腿及脚 6块 ，每块分为皮肤、脂 肪 、肌肉及核心4层 ，利用控制论及反馈调节分别对 人体的各