[发明专利]一种多尺度框架下的热物理传输数值仿真方法

权利要求书

1.一种多尺度框架下的热物理传输数值仿真方法，其特征在于，包括：

S1、建立米级生物热传输模型：

建立身体节点模型：人体分为六部位，每部位有四层；所有部位中的层都被视为单独的节点，通过一个代表全身血液循环的中央血液节点连接起来；在每个部位内，热量通过传导传递到各层；血液节点通过对流与所有其他节点交换热量；建立每个身体节点的热平衡方程；

S2、建立毫米级耦合的热湿传输模型：

服装的织物具有毫米级的厚度，织物中的热量和湿度平衡方程以厚度尺寸给出；考虑PCM引起的相变现象，纤维的吸潮/解吸或水汽凝结/蒸发，瞬态过程中的湿热传输过程动态耦合，同时考虑压力对热湿传递的影响，建立方程；

S3、建立微米级的吸湿/解吸模型；

在织物中，纤维与邻近空气之间的水分交换穿过纤维半径；当空隙中存在水分时，纤维会持续吸收水分，直到水分饱和；另一方面，它解吸额外的水分以达到与周围空气的平衡，考虑到这个两阶段过程，建立方程；

S4、建立纳米级的储热模型；

针对PCM颗粒，织物中位置x处的PCM球的热控制方程可通过表示在径向坐标中的来自微球的总热损失率来模拟，以此建立控制方程；

S5、求解上述所有模型方程，实现多尺度框架下的热物理传输数值仿真。

2.根据权利要求1所述的多尺度框架下的热物理传输数值仿真方法，其特征在于，建立米级生物热传输模型具体如下：

用i代表身体部位：1＝头，2＝躯干，3＝手臂，4＝手，5＝腿，6＝脚，j表示每个部分的层：1＝核心，2＝肌肉，3＝脂肪，4＝皮肤；

1)对于核心、肌肉、脂肪和皮肤层：

其中，等式的左边为身体节点的累计热量，c_i,j和T_i,j分别为各节点的热容量和温度；在等式的右边，M_i,j，B_i,j，K_i,j，D_i,j和E_i,j分别为每个节点的代谢热量，血液流失热量，热传导热量，辐射和对流造成的热量损失以及蒸发产生的热量损失；

2)对于血液节点：

其中，等式左边为血液节点的累计热量，等式右边为为6个身体部位中所有节点的血流热量的总和；

身体的代谢热量可以被表示为：

M_i,j＝Mb_i,j+W_i,j+Ch_i,j (3)

其中Mb_i,j为各节点基础代谢率，W_i,j为各节点外部产热量，Ch_i,j为各节点肌肉发热产热量；

考虑到皮肤和衣服之间的相互作用，它们的边界可以通过热和质量来描述；为了计算皮肤的蒸发热损失E_i,j，必须模拟皮肤表面的汗液堆积量；

对于每个身体部位的皮肤层，有如下的表达式：

其中，Hc，Hm分别为对流换热系数和对流传质系数，T_c,i为第i个部位的衣物温度，λ_lg为水的蒸发潜热，P_sk,i，P_c,i分别为身体节点的皮肤的水蒸汽压力和靠近人体的皮肤的衣服处的压力，m_s,i，m_rsw,i分别为第I个身体部位的汗分泌速度和调节性出汗速度，P_sat,i(T_sk,i)代表在T_sk,i温度下的饱和蒸汽压，R_esk为皮肤的水蒸气阻力；

当皮肤表面无汗时，皮肤的水蒸汽压(PSK，I)由皮肤出汗的水分平衡决定：

否则即为饱和蒸汽压：

P_sk,i＝P_sat,i(T_sk,i) (8)

对于没有衣物覆盖的身体部位，有如下的表达式

当皮肤表面无汗时公式(7)可以表达为：

空气层的热阻力R_ta和空气层的水蒸气阻力R_va分别为: