（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。
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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