人體被動系統

建立人體熱反應的數學模型，應明確的將人體與熱平衡的生理系統劃分成兩部分：其一，人體內部的傳熱以及人體與環境間的傳熱，稱之為被動系統；其二，人體對控制自身與環境換熱的調節，完成人體進行體溫控制欲調節，稱之為主動系統。

為了描述人體熱反應系統的被動系統，需要建立表示人體核心層 、皮膚層、血液層之間的換熱關係的計算方程，以及皮膚層與環境輻射、對流、蒸發換熱方程；為求解各方程，還應建立與傳熱相關的各層、各區的生理參數和物理參數的資料庫。根據每一層的生理結構以及每一層在熱平衡中的作用，以及層間相互作用機制，對每一層建立了熱平衡方程。以下詳細描述各層的平衡方程，在各計算公式中：C_cr、C_sk、C_bl-a和C_bl-v分別表示4個層的熱容（J·K-1），T_cr、T_sk、T_bl-a、T_bl-v為4個層在時間步長內的溫度（K），其他各項為各產熱與傳熱環節（W）。

基本介紹

• 中文名：人體被動系統
• 計算方程：核心層、皮膚層等之間的換熱關係
• 目的：描述人體熱反應系統
• 求解辦法：建立各參數的資料庫
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核心層

核心層包括人體的肌肉、脂肪，在胸、腹部等區域還包括人體的臟器，所以核心層在多層換熱結構當中是主要的熱量產生區域，為人體保持恆定溫度提供熱源，向其他層傳輸熱量。其熱平衡方程可以表示為

式中，等號右側第一項中，M_cr表示對應分區的人體基礎代謝，為核心層的新陳代謝產熱率。W為單位時間此區段軀體所做機械功；一般地，機械功可以按W=αM簡單計算，α的取值範圍一般是0-0.2，根據人體正從事的勞動種類不同而有一定差別。

Q_res為呼吸散熱，可用下式計算：

C_res和E_res分別表示在呼吸的過程中的對流換熱和蒸發換熱，人體的總體代謝率可以用M表示，而人體總的代謝強度決定了人體單位時間內的呼吸總量進而影響呼吸過程中的熱量交換。同時二者還分別與空氣溫度T_air和空氣中的水蒸氣分壓力P_air有關：

C_cr-sk,i、C_cr,artery,i、C_cr-vein，i各項分別是核心層與皮膚層、動脈層、靜脈層之間的熱傳導傳熱，傳熱量可以普遍表示為傳導係數K（W·K-1）乘以兩層間的溫度差。

皮膚層

皮膚層平衡方程中包括了人體皮膚與周圍環境進行熱交換的過程。

其中，M_sk為核心層的新陳代謝產熱率；CON_sk為皮膚與環境間單位時間對流換熱量；RAD_sk為皮膚與環境間單位時間輻射換熱量；EVA_sk為單位時間蒸發換熱量。

動脈層與靜脈層

在人體熱平衡過程中，血液的主要作用在於平衡人體各區段溫度，將產生的熱量或散熱負荷平均到全身各處。首先血液與其周圍的組織進行熱量的交換，其次依靠血液的流動熱量按照血管的連線關係和血液的流動方向進行傳播。由於人體循環系統的結構十分複雜，在數學建模中需要對每個分區內繁複的血管結構進行簡化處理。血管分為動脈、靜脈和毛細血管三種，在分層計算中將動脈、靜脈設定為動脈層和靜脈層，計算二者與核心層中各類組織間的換熱。