بالنظر إلى أن بيئة الملابس الخاصة ستؤدي إلى إنتاج جسم الإنسان استجابات للإجهاد البارد والحرارة ، فمن الضروري تقييم راحة الملابس الوظيفية الخاصة قبل استخدامها ، للحكم على ما إذا كانت المؤشرات الفسيولوجية لجسم الإنسان يمكن أن تكون كذلك يتم الحفاظ عليها عندما يكون جسم الإنسان منخرطًا في كثافة معينة من العمل في بيئة معينة طبيعية. تعتمد طرق التقييم ذات الصلة بشكل أساسي على التجارب البشرية 1-2 ، ولكن بالنسبة للبيئات المعقدة مثل البرودة الشديدة أو الحرارة أو النار ، فمن غير المناسب استخدام أشخاص حقيقيين لإجراء التجارب ، وفي الوقت نفسه ، ستسبب العوامل الذاتية البشرية أخطاء لا يمكن السيطرة عليها في النتائج ، لذلك تظهر الدمى المحترقة معدات بديلة مثل الدمى الحرارية لها مزايا نتائج تجريبية مستقرة وقابلية عالية للتكرار.
تم اعتماد القزم الحراري من قبل المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) والجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM)والمنظمات القياسية الأخرى كوسيلة مهمة لاختبار مقاومة الملابس للحرارة والرطوبة. الحصول على مقاومة فقدان الحرارة الجافة والرطبة لقطعة واحدة أو مجموعة كاملة من الملابس ، وذلك لتقييم راحة الملابس. ومع ذلك ، فإن طرق الاختبار هذه يمكن فقط أن تميز بشكل موضوعي قدرات العزل الحراري وتبديد الرطوبة للملابس ، ولا يمكن أن تعكس راحة جسم الإنسان. في وقت لاحق ، اقترح هولمر المقاومة الحرارية المطلوبة لنموذج الملابس (IREQ) ، والتي نصت على قدرة العزل الحراري للملابس على تجنب تعرض جسم الإنسان للإجهاد البارد 3. لضمان راحة الإنسان 4-5 ، تم اعتماد هذا المؤشر من قبل ISO 11079: 2007 "بيئة العمل الحرارية البيئية - تحديد الإجهاد البشري البارد باستخدام الملابس المقاومة الحرارية المطلوبة وتأثير التبريد المحلي". ومع ذلك ، سواء كانت المقاومة الحرارية المقاسة للملابس أو المقاومة الحرارية المطلوبة ، لا يمكن الحصول على هذا النوع من تجارب التمرين الحراريالحالة الفسيولوجية المحددة لجسم الإنسان من منظور الملابس. في وقت لاحق ، قام بعض العلماء بدمج مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة لتقييم راحة الإنسان من خلال تحليل درجة حرارة ورطوبة البيئة المكروية تحت الملابس 6-7. على الرغم من أن معلمات البيئة المكروية يمكن أن تعكس بشكل غير مباشر الحالة الحرارية لجسم الإنسان ، إلا أنها لا تزال غير قادرة على وصف تأثير الملابس على الفيزيولوجيا الحرارية لجسم الإنسان. بعد ذلك ، تم بناء وتحسين نموذج التنظيم الحراري على أساس نموذج 25 عقدة من Stolwijk et al. 8 قدمت فكرة جديدة لتقييم راحة الملابس. تانابي وآخرون 9 اقترح دمج نموذج التنظيم الحراري مع الدمية العددية ، والحصول على توزيع درجة حرارة السطح الوهمي والبيئة المحيطة من خلال برنامج ديناميكيات السوائل الحسابية ، لكن لم يأخذ في الاعتبار عامل الملابس في ذلك الوقت. في وقت لاحق ، اقترح المعهد الأمريكي للطاقة المتجددة لـ tفي المرة الأولى كان مفهوم وضع التنظيم الحراري للقالب الحراري ، والذي يقترن آلية التنظيم الحراري بالنظام الوهمي 10 ، والعوامل البيئية والملبس والعوامل البشرية المتكاملة ، بحيث يمكن للقالب الحراري محاكاة جسم الإنسان. يتم الحصول على الاستجابة الحرارية ودرجة حرارة الجلد العابرة ودرجة حرارة الوطاء ، مما يوفر المزيد من المعايير العملية لتقييم راحة الملابس وتوسيع نطاق البحث عن الراحة.
تركز هذه الورقة على تطبيق وضع التشغيل التنظيمي الحراري في تقييم عارضة الأزياء الحرارية لراحة الملابس ، بدءًا من أوضاع التشغيل الثلاثة الشائعة للقزم الحراري ، وتحلل مزاياها وعيوبها مشيراً إلى جدوى وضرورة تطوير نمط تشغيل التنظيم الحراري وشرح حالة التطوير والتطبيق. أخيرًا ، تتم مقارنتها بالدمية الرقمية للتنظيم الحراري واسع النطاق ، واتجاه التطوير المستقبلي لـتم تلخيص دمية التنظيم الحراري.
1 وضع التشغيل الشائع للقزم الحراري
عندما يقوم القزم الحراري بتقييم راحة الملابس ، مؤشران ، الحرارة والرطوبة مقاومة الملابس ، وعادة ما تستخدم. هناك ثلاث طرق لاختبار مقاومة الرطوبة الحرارية: درجة حرارة الجلد الثابتة (CT) ، والتدفق الحراري المستمر (CHF) والراحة الحرارية (TC). من تعريفات أوضاع الاختبار الثلاثة في معايير ASTM و ISO ، يمكن ملاحظة أن مبادئ التشغيل للأنماط الثلاثة مختلفة ، ودرجة حرارة الجلد الوهمي وإعدادات طاقة التسخين مختلفة ، وبالتالي فإن البيئات الحرارية القابلة للتطبيق مختلفة أيضًا. في وضع درجة حرارة الجلد الثابتة ، يتم ضبط درجة حرارة الجلد لكل قسم من الدمية على 34-35 درجة مئوية ، وتحافظ الدمية على ثبات درجة حرارة الجلد عن طريق التنظيم الذاتي لقوة نظام التسخين. ومع ذلك ، نظرًا لأن 34-35 درجة مئوية هي درجة حرارة الجلد في بيئة متعادلة الحرارة لجسم الإنسان ، فإن الثابتوضع درجة حرارة جلد النمل مناسب للبيئات غير القاسية. يضبط وضع تدفق الحرارة الثابت قوة التسخين للدمية وفقًا لحمل التمرين لجسم الإنسان ، لذا فهي مناسبة لبيئات مختلفة. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود وظيفة تنظيم الحرارة للدمية ، ستستمر درجة حرارة جلد الدمية في الارتفاع مع زيادة قوة التسخين ، والتي تنحرف عن الوضع الفعلي لجسم الإنسان ، وبالتالي فإن القدرة على التحكم ليست قوية 11. يستخدم وضع الراحة الحرارية معادلة الراحة الحرارية للإنسان التي اقترحها Fanger كنموذج تحكم ، والتي لها عملية مشابهة للتنظيم الحراري لجسم الإنسان ، ولكنها قابلة للتطبيق فقط على الظروف الحرارية المحايدة 12. في الوقت الحالي ، يعد وضع درجة حرارة الجلد الثابتة هو الوضع المعتاد لاختبار المقاومة الحرارية ، وهو أيضًا وضع الاختبار الموصى به من قبل معايير ASTM.
تتوافق الأوضاع الثلاثة مع 3 خوارزميات مختلفة ، وبالتالي تختلف نتائج الاختبار أيضًا. يوضح الجدول 1 الاختلافبين قيمة الاختبار لوضع التدفق الحراري الثابت وقيمة الاختبار لوضع الراحة الحرارية عندما استخدم الأدب 12 ～ 15 طرقًا مختلفة لاختبار المقاومة الحرارية للملابس. يمكن أن نرى من الجدول أن نتائج اختبار وضع التدفق الحراري الثابت أعلى بكثير من نتائج وضع الراحة الحرارية ، بحد أقصى 78.4٪. بالإضافة إلى ذلك ، يشمل اختبار مقاومة الملابس ISO 9920: 2009 "بيئة العمل البيئية الحرارية - تقييم مقاومة حرارة الملابس والرطوبة" ، ISO 7730: 2005 "بيئة العمل الحرارية البيئية - حساب الراحة الحرارية باستخدام PMV و PPD ومؤشر الراحة الحرارية المحلية" ، ASHARE 55-2013 "الظروف البيئية الحرارية للموئل البشري" ، ASTM F1291-2016 "طريقة الاختبار القياسية لاختبار المقاومة الحرارية للملابس باستخدام المانيكين الحراري" ومعايير أخرى. المعايير المختلفة لها تفاصيل اختبار مختلفة ، مثل ISO 9920 Hengpi ينص وضع درجة الحرارة على أن درجة حرارة الجلد هي 32-34 درجة مئوية ، بينماتنص معايير ASTM F1291 على أن درجة حرارة الجلد 35 درجة مئوية. بالنسبة لنفس الملابس ، تكون القيمة المرجعية للمقاومة الحرارية التي قدمتها ISO 7730 أكبر من ASHARE 55 16 ، مما يجعل التوحيد بلا معنى. لذلك ، من الضروري البحث عن وضع تشغيل أقرب إلى الحالة الحقيقية لجسم الإنسان لتقييم راحة الملابس.
باختصار ، هناك أوجه قصور واضحة في الأوضاع الثلاثة شائعة الاستخدام لتقييم الملابس المريحة للقزم الحراري: 1) إنها مناسبة فقط للبيئات الدافئة والمحايدة. تؤثر العوامل البيئية على انتقال الحرارة في نظام الجسم الملبس 17 ، ولا يمكن للنماذج الثلاثة الشائعة الاستخدام أن تميز أداء العزل الحراري الفعلي لملابس الحماية الخاصة في بيئة ارتداءها. 2) هناك اختلافات واضحة بين معايير وأنماط الاختبار. يوافق المعيار على جميع الأوضاع الثلاثة ، مما يزيد من مساحة المختبرين للعب بحرية ويزيد أيضًا من الخطأ في تقييم راحة الملابس؛ 3) يتم تجاهل آلية التنظيم الحراري الداخلي المعقدة لجسم الإنسان. فيما يتعلق بنقل الحرارة لنظام بيئة جسم الإنسان والملابس ، يتم النظر فقط في التبادل الحراري لبيئة الجلد والملابس. من ناحية أخرى ، ليس لدرجة حرارة الجلد العابرة وقوة تسخين الدمية أي معنى فيزيائي حقيقي. من ناحية أخرى ، لا يمكن أن تعكس عملية الملابس التي تؤثر على التنظيم الحراري لجسم الإنسان في بيئة معينة ، أو تأثير التغيرات العابرة في البيئة على جسم الإنسان.
2 وضع التنظيم الحراري
نظرًا لحقيقة أن أوضاع التشغيل الثلاثة شائعة الاستخدام لا يمكنها محاكاة استجابة التنظيم الحراري لجسم الإنسان ، جرب العلماء طرقًا مختلفة تستخدم لجعل القزم الحراري أقرب إلى جسم الإنسان الحقيقي ، مثل ضبط درجات حرارة مختلفة لأقسام مختلفة من الدمية وفقًا لنتائج التجارب البشرية 18 ، وضبط درجة الحرارةكل قسم من الدمية يتغير مع الوقت 19. زادت هذه المحاولات. لا تعوض مرونة اللهاية بشكل أساسي عن عدم القدرة على محاكاة التنظيم الحراري. تحتاج الدمية إلى ضبط طاقة التسخين تلقائيًا وفقًا للبيئة وظروف الملابس ، بحيث يمكن تعديل درجة حرارة الجلد في اتجاه الراحة الحرارية 10 ، وهو ما يشبه مفهوم تصميم المنتجات الذكية 20. مع تطور أبحاث المحاكاة العددية في مجال الملابس ، نضج النموذج الرياضي لتنظيم درجة حرارة جسم الإنسان ، ومن بينها نموذج Stolwijk المكون من 25 عقدة 8 هو الأكثر كلاسيكية ، ولاحقًا Fiala et al. 21-22 ، تانابي وآخرون. 9 في Stolwijk بناءً على تحسين نظام الدورة الدموية ، فإنه يوفر أساسًا لتطوير وضع التنظيم الحراري للقالب الحراري. يعتمد تطوير وتطبيق نماذج التنظيم الحراري على اقتران نماذج التنظيم الحراري أو الدمية.
2.1 نموذج تنظيم درجة حرارة الجسم متعدد العقد
تظهر آلية تنظيم درجة حرارة الجسم في الشكل 1 ، بما في ذلك نظام التحكم (النظام النشط) و نظام التحكم (النظام السلبي)) ، حيث يكون نظام التحكم مسؤولاً عن إجراء استجابات الضبط المقابلة بناءً على درجة حرارة الجسم في الوقت الفعلي لضمان درجة حرارة داخلية ثابتة لجسم الإنسان ، بما في ذلك التعديلات على درجة الحرارة المنخفضة ، وارتعاش العضلات وتضيق الأوعية ، و تعديلات درجة الحرارة المرتفعة ، تعرق الجلد وتوسع الأوعية. النظام السلبي مسؤول عن الاستجابة لاستجابات التنظيم الحراري ، بما في ذلك تكوين الجسم وأنظمة التبادل الحراري داخل الجسم وبين الجسم والبيئة الخارجية 21-22.
يصف نموذج التنظيم الحراري العلاقة السببية في آلية التنظيم الحراري في شكل معادلات رياضية ، ويتنبأ بنتائج التنظيم الحراري من خلال حلالمعادلات. في البداية ، تم استخدام نماذج التنظيم الحراري في مجال التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والفضاء وغيرها من المجالات ، ثم توسعت تدريجياً في مجال الملابس. تم تلخيص النماذج الكلاسيكية الحالية في الجدول 2 ، حيث يعتبر نموذج Fiala ونموذج بيرس متعدد العقد نموذجين تجريبيين ، والباقي نماذج نظرية. يحتوي النموذج النظري على نطاق أوسع من التطبيقات ، والنموذج التجريبي يتمتع بدقة أعلى ضمن النطاق القابل للتطبيق 23.
تقدم هذه الورقة بالتفصيل نموذج Fiala الذي يقترن حاليًا بالدمية ، ويحلل خصائص نظامه السلبي ونظامه النشط.
2.1.1 نظام التنظيم السلبي
يعتمد نموذج Fiala على متوسط جسم الإنسان الذكري ، ويقسم جسم الإنسان إلى 15 قسمًا ، وكل جزء وفقًا لخصائص الهياكل الخاصة بكل منها ، يتم تقسيمها إلى هياكل متعددة الطبقات ، بما في ذلك 7 طبقات مختلفة من مادة الأنسجة: المخ ، والرئة ، والعظام ، والعضلات ، والأحشاء ، والدهون ، والجلد22. ينقسم كل قسم إلى ثلاثة اتجاهات أمامية وخلفية وجانبية يجب أخذها في الاعتبار بشكل منفصل ، مما يضمن أن النموذج مناسب للبيئات غير الموحدة.
يعتمد نقل الحرارة العابر لكل عقدة داخل جسم الإنسان على معادلة بينز للحرارة البيولوجية (1). يأخذ الجانب الأيسر من المعادلة في الاعتبار التوصيل الحراري الشعاعي بين العقد ، وإنتاج الحرارة الأيضي لكل عقدة ، ونقل الحرارة بالحمل الحراري لكل عقدة من خلال تدفق الدم ، والجانب الأيمن من المعادلة هو تخزين الحرارة العابر للعقدة. يتم تبسيط نقل الحرارة الجانبي بين العقد ، ويتم النظر فقط في نقل الحرارة الناتج عن اختلاف درجة الحرارة الشعاعية. على الرغم من أنه من الناحية النظرية ، فإن نقل الحرارة الجانبي أصغر من نقل الحرارة الشعاعي ويمكن تجاهله ، ولكن إذا تم تطبيق نموذج التنظيم الحراري على النظام الوهمي الحراري ، نظرًا لتدفق الحرارة الجانبي داخل الدمية ، فسيكون النموذج مختلفًا عن الفعلي. إذا كانالوضع لا يتطابق ، سيتم تقليل دقة التحكم في النموذج.
في الصيغة: k هي التوصيل الحراري ؛ T هي درجة حرارة العقدة. r هو نصف قطر العقدة ؛ ω هو عامل هندسي ؛ ρbl هي كثافة الدم. wbl هو انتشار الدم. cbl هو سعة حرارة الدم ؛ Tbl ، وهي درجة حرارة الدم الشرياني. ρ هي كثافة العقدة ؛ ج هي السعة الحرارية للعقدة ؛ ر حان الوقت.
2.1.2 نظام التنظيم النشط
يحكم نظام تنظيم درجة حرارة جسم الإنسان على الحالة المؤقتة لجسم الإنسان بناءً على درجة حرارة كل عقدة في يشعر جسم الإنسان في ظل ظروف متعادلة الحرارة بالحرارة والبرودة ، ثم قم بإجراء استجابة تنظيمية حرارية مقابلة ، بحيث تميل درجة حرارة كل عقدة إلى القيمة المحددة.
أجرى فيالا تحليل انحدار على نتائج 26 تجربة مستقلة لتحديد تأثير تنظيم الحرارة لاستجابة التنظيم النشط لجسم الإنسان ، كما هو موضح في الصيغ (2) ~ (5) ) 21 أظهر أن استجابة التنظيم الحراري كانت مدفوعةفي المقام الأول عن طريق الاختلاف في درجة حرارة الجلد وما تحت المهاد من درجة الحرارة المحددة.
في الصيغ (2) إلى (5): Sh هي الحرارة الناتجة عن ارتعاش العضلات. △ Tsk، m هو الفرق بين متوسط درجة حرارة الجلد الفعلية والقيمة المحددة ؛ △ Thy Tsk، m هو متوسط درجة حرارة الجلد ؛ تي هو الوقت Cs هو التدفق الحراري الذي ينخفض بسبب تضيق الأوعية ؛ Sw هي الحرارة الناتجة عن تعرق الجلد. Dl هي الحرارة التي تزداد عن طريق تدفق توسع الأوعية.
2.2 نموذج التنظيم الحراري المقترن بنظام القزم الحراري
استخدم نموذج التنظيم الحراري المقدم في 2.1 للتحكم في تشغيل نظام القزم الحراري وتنظيم الحرارة و يتم نقل الحرارة داخل الدمية من خلال المحاكاة العددية ، ويوجد بالفعل التبادل الحراري بين بيئة الجلد والملابس. تدفق تشغيل محدد العملية موضحة في الشكل 2.
توفر الدمية الحالة الحرارية الحالية لجسم الإنسان كمعامل إدخال لنموذج التنظيم الحراري ،أي قيمة الخطأ في الشكل 2. يحسب النموذج نتيجة التنظيم الحراري في هذه الحالة ، ثم يُعيد نتيجة الحساب إلى الدمية 30 ، وتضبط الدمية طاقة التسخين ، ويحسب النظام بشكل متكرر حتى الدمية تصل إلى حالة مستقرة. تم اقتراح نموذج التنظيم الحراري هذا إلى جانب النظام الوهمي في الأصل من قبل NREL لتقييم الملابس المبردة بالسائل المستخدمة في رحلات الفضاء. من خلال مراقبة تغير درجة حرارة سطح الجسم الوهمي أثناء عملية التوازن ، يمكن الحصول على التأثير الفسيولوجي للبيئة والملابس على جسم الإنسان ، ومن ثم الحكم على حالة الراحة الحرارية لجسم الإنسان المرتدي. في وقت لاحق ، شارك المعهد السويسري للبحوث EMPA 30 ، وشركة Northwest Testing Technology Company (MTNW) 31-32 ، وجامعة Alto 33 على التوالي في تطوير دمى الاحماء للتنظيم الحراري ، والتي تم استخدامها لتقييم بدلات نارية ، ملابس ذكية ، إلخ. تأثير التنظيم الحراري على جسم الإنسانذ.
3 تطبيق القزم الحراري
من منظور التقييم الموضوعي ، القزم الحراري تحت سيطرة نموذج التنظيم ، يمكن أن تمثل درجة حرارة كل جزء من سطح الجسم ودرجة حرارة الجسم الأساسية ودرجة الحرارة والرطوبة تحت الملابس ودرجة حرارة سطح الملابس وقيم المعلمات العابرة الأخرى التغيرات الفسيولوجية في عملية وصول جسم الإنسان إلى التوازن الحراري. من منظور التقييم الذاتي ، جنبًا إلى جنب مع نموذج تجربة الإحساس الحراري الذاتي ، يمكن الحصول على الإحساس الحراري الذاتي وقيمة تقييم الراحة لجسم الإنسان في حالة عابرة وثابتة. هذا هو التطبيق الرئيسي لدمى التنظيم الحراري في تقييم راحة الملابس.
3.1 التنبؤ بالحالة الثابتة للإحساس الحراري
يستخدم المرجع 33 نموذج بيرس لتنظيم درجة حرارة الجسم متعدد العقد للتحكم في القزم الحراري والتنبؤ درجة حرارةجودة ورطوبة البيئات المختلفة ، وقيم درجة حرارة كل قسم من الدمية تحت ظروف سرعة الرياح ، واستخدم نموذج الإحساس الحراري UC Berkeley (UCB) للتنبؤ بالإحساس الحراري المحلي لجسم الإنسان ، ومقارنته مع قيمة التصويت بالإحساس الحراري الذاتي بناءً على مقياس التقييم الذاتي ASHARE ذو 9 مستويات. تظهر النتائج أن نتائج التنبؤ لنموذج الراحة الحرارية UCB تتوافق بشكل أساسي مع نتائج التقييم الذاتي ، وأن نتائج التنبؤ للجسم السفلي أقرب إلى قيم التقييم الذاتي. التأثيرات على دقة تنبؤات معدل إنتاج الحرارة. بالنظر إلى أن موضوعات هذه الدراسة من المناطق الاستوائية ، في حين أن جسم الإنسان الذي تم بناء نموذج تنظيم الحرارة Pirece متعدد العقد عليه هو من مناطق غير مدارية ، فقد يكون هذا أحد أسباب التناقض بين النتائج المتوقعة و نتائج التقييم الذاتي. يمكن ملاحظة أن هناكه هي الاختلافات في آليات التنظيم الحراري للأجناس المختلفة. هافينيث وآخرون. 34 أشار أيضًا إلى هذه النقطة عند إنشاء خريطة العرق البشري. نموذج التنظيم الحراري للاقتران. تم إنشاء معظم النماذج الكلاسيكية الحالية من قبل علماء أوروبيين وأمريكيين ، ويجب على المناطق الآسيوية والأفريقية بناء نماذجها الخاصة. فودة وآخرون 33 استخدم أيضًا نموذج درجة الحرارة المكافئة للتنبؤ بالإحساس الحراري المحلي ، وقارن نتائج التنبؤ مع بيدفورد الرئيسية ذات المستوى السابع ، وتمت مقارنة قيم تصويت الإحساس الحراري لمقياس التقييم البصري ، وكانت النتائج مماثلة لتلك الخاصة بنموذج UCB. .
Foda et al. 11 استخدم نموذج بيرس متعدد العقد لإجراء تجربة تقييم الإحساس الحراري في عام 2012. وفي الوقت نفسه ، تم استخدام نموذج درجة حرارة الجلد الثابتة لإجراء تجربة تحكم مع الأشخاص ، وتم استخدام نموذج درجة الحرارة المكافئة لتقييم ذاتي. شعور حار. تظهر نتائج المقارنة أن جبالمقارنة مع وضع درجة حرارة الجلد الثابتة ، فإن الوقت اللازم لوصول وضع التنظيم الحراري إلى حالة ثابتة يكون أقصر ، ونتائج تقييم الإحساس الحراري أقرب إلى نتائج تقييم موضوع الاختبار ، ولكن لا تزال هناك فجوة طفيفة بين الاثنين. يمكن ملاحظة أن نموذج التنظيم الحراري للدمية لا يمكن أبدًا أن يحل محل التجربة الحقيقية. كلا Redortier et al. 35 وبورك وآخرون. 36 أشار إلى أنه عند استخدام دمى التنظيم الحراري ، تكون نتائج التنبؤ لنموذج التنظيم الحراري مماثلة لتلك الخاصة بالأشخاص الحقيقيين ، لكن الاختلافات المحلية تكون أكثر وضوحًا. أجرى وانج 37 أيضًا تحليلًا نظريًا حول ما إذا كانت دمية التنظيم الحراري يمكن أن تحل محل الجسم البشري الحقيقي في تقرير بحثه. وأعرب عن اعتقاده أنه لتحسين دقة التنبؤ لنموذج التنظيم الحراري ، من الضروري تحسين بنية الدمية ، من أجل مطابقة نموذج التنظيم الحراري بشكل أفضل.
3.2 حساس حراري عابرن التنبؤ
بالنسبة لجسم الإنسان في أي بيئة حرارية ، خاصة في البيئات الخاصة ، يكون جسم الإنسان في حالة غير مستقرة في معظم الحالات ، لذا فإن التنبؤ بالإحساس الحراري العابر أكثر عملية. منذ تطوير وتوحيد نماذج الإحساس الحراري مثل درجة الحرارة المكافئة و PMV ، أصبح الإحساس الحراري العابر المعقد هو محور البحث للباحثين ، ومن بينها نتائج بحث Zhang et al. نموذج UCB التجريبي للإحساس الحراري العابر المحلي والعالمي والراحة الحرارية لجسم الإنسان. استخدم الأدب 31 دمية ADAM ، إلى جانب نموذج التنظيم الحراري للعناصر المحدودة التي طورتها NREL بشكل مستقل ، لتقييم تأثير الملابس الواقية على المعلمات الفسيولوجية البشرية ، وطبقت نموذج UCB التجريبي.
Farrington et al. 32 استخدمت دمية ADAM ونموذج التنظيم الحراري NREL لتقييم تأثير التبريد لملابس التبريد السائل للرحلات الفضائية على جسم الإنسان. توزيع درجة الحرارةيتم استخدام الضلع على السطح الخارجي لتقييم تأثير التبريد المحلي للملابس. يمكن ملاحظة أن تطبيق وضع التنظيم الحراري للقالب الحراري يمكن أن يحاكي عملية التفاعل الحراري الحقيقية لجسم الإنسان من ناحية ، ومن ناحية أخرى ، يمكن أن يجمع بين كاميرات الأشعة تحت الحمراء وأجهزة الاستشعار الخارجية وغيرها من المعدات الحصول على معلومات درجة حرارة السطح الخارجي للملابس ، وتوفير مزيد من المعلومات لتقييم الراحة. المزيد من المعلومات يوسع نطاق البحث للراحة.
استخدم الأدب 7 مزيجًا من نموذج التنظيم الحراري Fiala وقزم نيوتن الحراري للتنبؤ بالاتجاه المتغير لدرجة حرارة سطح الجسم ودرجة حرارة الجسم الأساسية أثناء ارتداء الملابس الرياضية مع تكوينات النسيج المختلفة ، ثم استخدم UCB الحراري نموذج الراحة توقع الإحساس الحراري لجسم الإنسان أثناء التمرين ، وتحليل تأثير تكوين نسيج الملابس الرياضية على الراحة الحرارية والرطوبة في الجسم.ه جسم الإنسان. النتائج موضحة في الشكل 3. النتائج التجريبية تعكس مزايا نموذج التنظيم الحراري متعدد القطاعات.
في مجال الزي العسكري ، مع الأخذ في الاعتبار أن الجنود غالبًا ما يشاركون في مهام مثل السير بأحمال ثقيلة ، ويختبر الناس تأثير الإجهاد الحراري ويقيمون راحة الزي العسكري ، وهي وسيلة مهمة لضمان سلامة الجنود وتحسين الكفاءة التشغيلية. ميو وآخرون. 29 استخدم نموذج التنظيم الحراري الذي طوره الجيش الأمريكي للتنبؤ بدرجة حرارة الجلد ودرجة الحرارة الأساسية لارتداء الزي العسكري في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة ، ثم استخدم مؤشرات الإجهاد الفسيولوجي للحكم على درجة الإجهاد الحراري الذي يعاني منه جسم الإنسان أثناء العمليات ، وتوفير أساس لتصميم الزي العسكري. توجيه الآراء.
يقدم تطبيق مانيكين التنظيم الحراري في مجال تقييم راحة الملابس طريقة للتنبؤ بالتزلجn درجة الحرارة ودرجة الحرارة الأساسية ، ثم استخدام نموذج تجربة الإحساس الحراري الذاتي للتنبؤ بالشعور الذاتي لجسم الإنسان المرتدي. تم تطبيقه في تقييم الملابس مثل الملابس وبدلات الفضاء والملابس الرياضية. في الوقت الحالي ، تكون نتائج التنبؤ الخاصة بنموذج التنظيم الحراري أقرب إلى الوضع الحقيقي من النموذج التقليدي ، ولكن لا يزال هناك مجال للتحسين.
4 المقارنة مع الدمية العددية للتنظيم الحراري
يُطلق على التحليل النظري والبحث التجريبي والمحاكاة العددية البحث العلمي من بينها ، أصبحت المحاكاة العددية اتجاهًا رئيسيًا للتنمية في مجال البحث في حماية الملابس والراحة نظرًا لمزاياها من حيث التكلفة المنخفضة ، والكفاءة العالية ، والمحاكاة ، والقدرة على الحصول على العديد من المعلمات التي لا يمكن الحصول عليها من خلال التجارب الفيزيائية 41.
يعد تقييم الراحة في الملابس باستخدام مانيكين حراري منظم حرارياً بمثابة مزيجعلى البحث التجريبي والمحاكاة العددية ، والتي تجمع بين أصالة الأول ومرونة الأخير. ومع ذلك ، أصبحت المحاكاة الرقمية واسعة النطاق تمثل اتجاهًا بحثيًا
التحليل النظري لـيوضح الجدول 3 مزايا وعيوب القزم الحراري المنظم حرارياً والدمية الرقمية المنظمة حرارياً. الحصول على معلومات أكثر قيمة. تانابي وآخرون 9 استخدم نموذج التنظيم الحراري المكون من 65 عقدة جنبًا إلى جنب مع دمية رقمية لإجراء اختبار محاكاة كامل النطاق لجسم الإنسان في الغرفة البيئية ، والحصول على توزيع درجة الحرارة والرطوبة لكل قسم من السطح الوهمي. بوركر وآخرون 45 استخدم أيضًا نموذج التنظيم الحراري Fiala لإجراء الاختبارات الوهمية العددية والدمية للجسم الدافئ على التوالي ، لمحاكاة بيئة 25 درجة مئوية وإنتاج الحرارة الأيضية 46.52 واط / م 2. النتائج موضحة في الشكل 4. درجة حرارة كل قسم. اتجاه التوزيع ثابت ، لكن فرق درجة الحرارة المحلية أصغر وأكبر ، حتى 2 درجة مئوية. كيفr ، لم تستخدم أي من الدراسات المذكورة أعلاه أشخاصًا حقيقيين لإجراء تجارب مقارنة ، لذلك لا يمكن التحقق من دقة نتائج المحاكاة.
في الوقت الحالي ، تُستخدم الدمى الرقمية ذات التنظيم الحراري في الغالب لتحليل تأثير البيئة على جسم الإنسان ، وهناك القليل من الدراسات التي تتناول عوامل الملابس ، في حين أن التطبيقات ذات الصلة بالحرارة تنظيم الدمى الحرارية أكثر عددًا. كطريقتين لتقييم راحة الملابس ، لكل منهما مزاياها الخاصة ، وتحسين دقة نتائج التنبؤ هو الاتجاه الذي تحتاجه كلتا الطريقتين إلى مزيد من التحسين.
5 الاستنتاج
إن اقتران نموذج التنظيم الحراري لجسم الإنسان ونظام القزم الحراري يحقق الجسم التكيفي الذاتي درجة حرارة الدمية تعمل الوظيفة على تعويض عيوب أوضاع التشغيل الثلاثة وهي درجة حرارة الجلد الثابتة وتدفق الحرارة المستمر والراحة الحرارية ، مما يجعل المانيكين الحراري لا يُستخدم فقط للملابستقييم المقاومة ، ولكن أيضًا لمحاكاة استجابة جسم الإنسان للبيئات الحرارية المختلفة ، يمكن استخدام معلمات سطح الحالة المستقرة وعابرة للجسم الوهمي في نموذج الإحساس الحراري لتقييم راحة الجسم المرتدي في أي وقت و توفير مرجع لتحسين الملابس. في الوقت الحاضر ، تم تطبيق دمى التنظيم الحراري في تقييم الملابس الوظيفية مثل ملابس مكافحة الحرائق ، والملابس الرياضية ، وملابس التبريد السائل للطيران ، ولكن لا تزال هناك بعض أوجه القصور والتوجيهات للتحسين على النحو التالي.
1) لم يتم توحيد وضع التشغيل للتنظيم الحراري ولم يتم استخدامه على نطاق واسع. تعد نماذج Fiala و Pierce متعددة العقد الأكثر استخدامًا حاليًا نماذج تجريبية. بعد الابتعاد عن البيئة المحددة ونطاق حمل النشاط البشري ، لا يمكن ضمان دقة التنبؤ. فقط من خلال التحقق التجريبي المستمر يمكن أن يكون التنظيم الحراريتحسين del لتقليل الخطأ إلى الأصغر ؛ يمكن اعتبار أن التوافق بين الدمية ونموذج التنظيم الحراري يحتاج إلى تحسين. من ناحية أخرى ، الجزء الداخلي من الدمية عبارة عن نقل حرارة ثلاثي الأبعاد ، بينما يعتبر النموذج العددي نقل الحرارة أحادي البعد فقط. من ناحية أخرى ، قسم النموذج الوهمي ونموذج التنظيم الحراري المقاطع غير متسقة في طريقة التجزئة والكمية ، مما سيؤثر على دقة تنظيم النموذج. يمكن أن يشير نموذج الضبط الحراري إلى الدمية العددية باستخدام تقنية تشبيك العناصر المحدودة لتقسيم جذع الإنسان ، بحيث يمكن أن يُظهر قدرة أكبر على التكيف عند التعامل مع دمى حرارية بأعداد مختلفة من الأقسام.
2) بحث وتطوير قزم حراري منظم للحرارة مع جسم الإنسان الصيني أو الآسيوي. في الثمانينيات ، بدأ بلدي البحث عن النموذج العددي للتنظيم الحراري ، وحصل على العديد من نتائج البحث حول درجة حرارة الجسم م.odels في البيئات الباردة والساخنة غير المنتظمة ، وقد استخدم معظمها في التصميم البيئي لكبسولات الفضاء وتقييم بدلات تبريد السائل الفضائي. منذ القرن الحادي والعشرين ، كانت نتائج البحث والتطبيقات ذات الصلة نادرة. نظرًا لأن أبحاث المحاكاة الرقمية أصبحت اتجاهًا رئيسيًا للتنمية في مجال تقييم راحة الملابس ، سواء تم تطبيقها على دمى حرارية أو دمى رقمية ، فمن الضروري الاستمرار في تحسين الملاءمة في المستقبل. نموذج تنظيم حراري لسمات الإنسان الصيني.
3) اقتران النماذج الحسية الحرارية. في الوقت الحاضر ، سوف يستقر تطبيق القزم الحراري للتنظيم الحراري أخيرًا على الإحساس الحراري أو تقييم الراحة الحرارية. إذا تم تشغيل نموذج الإحساس الحراري الذاتي القياسي (مثل: درجة الحرارة المكافئة ، PMV) ونموذج التنظيم الحراري جنبًا إلى جنب مع اقتران النظام يمكن أن يحسن بشكل كبير من كفاءة الاختبار.
You can also send a message to us by this email info@qinsun-lab.com, we will reply tu you within 24 hours.Now tell us your need,there will be more favorable prices!
Home |
Product |
About |
Contact
Email: info@qinsun-lab.com
No.258 Ban Ting road, Song Jiang district, Shanghai
Leave Message
WhatsApp