本文關(guān)鍵詞：基于多尺度建模的人體熱調(diào)節(jié)特性計(jì)算機(jī)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：血流和溫度信息是人體健康的重要指標(biāo),隨著醫(yī)療、航空航天等行業(yè)的發(fā)展,人體基礎(chǔ)生理參數(shù)的測量、“人-機(jī)-環(huán)境”三要素下的人體熱舒適性已成為重要的研究課題。本文利用有限元方法,考察了指尖皮膚溫度波動與微血管運(yùn)動的相關(guān)性。進(jìn)一步在人手模型基礎(chǔ)上,建立多節(jié)段人體物理模型,耦合一維血流模型、傳熱模型和熱調(diào)節(jié)模型對人體全身的血流和熱調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行了模擬。主要研究內(nèi)容包括以下兩個方面： 1.指尖皮膚溫度波動與微血管運(yùn)動相關(guān)性的定量評價 基于多孔介質(zhì)有限元模型建立了孔隙度隨溫度變化的數(shù)學(xué)關(guān)系,分析了冷水刺激對側(cè)手皮膚溫度波動與孔隙度變化的關(guān)系。結(jié)果表明隨著組織孔隙度的變化,指尖皮膚溫度在冷水刺激時下降,而在冷水刺激結(jié)束后逐漸回升。通過小波分析提取內(nèi)皮調(diào)節(jié)頻段的溫度數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)溫度波動幅值也在冷水刺激時減小,而在冷水刺激后逐步回升,這與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果是一致的。這有助于利用皮膚溫度信息對微血管的運(yùn)動進(jìn)行量化,實(shí)現(xiàn)對微血管健康的檢測。 2.多節(jié)段人體熱特性建模及不同熱環(huán)境下熱調(diào)節(jié)分析 利用橢圓柱構(gòu)建6節(jié)段的三維人體模型,包括頭部、軀干與四肢。并根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)確定不同組織、重要器官的尺寸與位置,從而構(gòu)建全身六面體有限元網(wǎng)格模型。在耦合全身一維血流動力學(xué)模型、改進(jìn)的生物傳熱模型基礎(chǔ)上,加入了人體熱調(diào)節(jié)的參數(shù)模型,該模型可以對皮膚血液灌注、出汗散熱和寒顫產(chǎn)熱進(jìn)行量化評價。由此計(jì)算了人體在不同環(huán)境、不同著裝條件下的血流、溫度分布和熱調(diào)節(jié)活動變化。研究結(jié)果揭示了在不同環(huán)境,特別是極端環(huán)境條件下人體熱調(diào)節(jié)功能是如何維持核心溫度的相對穩(wěn)定。1℃寒冷環(huán)境下,相較于裸體模型,服裝熱阻為1c1o的著裝條件可以使四肢皮膚溫度升高約5℃,表明合適的衣著對維持體溫,特別是皮膚溫度有重要作用。 本文提出的耦合模型有助于對血流和體溫調(diào)節(jié)的熱調(diào)節(jié)機(jī)理的認(rèn)識,該模型可以用于對安全駕駛的評估,熱病病癥的預(yù)測等,并能對特殊服飾的設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：多尺度人體建模 血流動力學(xué) 有限元分析 熱調(diào)節(jié) 著裝模型 小波分析 微循環(huán)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.01
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 研究歷史與現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 生物傳熱方程的發(fā)展11-12
• 1.2.2 人體熱調(diào)節(jié)的響應(yīng)12-13
• 1.2.3 近年來人體傳熱研究的重要進(jìn)展13-14
• 1.3 本文的研究目的和內(nèi)容14-17
• 第2章 基于人手血流傳熱模型的微血管運(yùn)動評價17-25
• 2.1 孔隙度對人手皮膚溫度的影響17-19
• 2.1.1 滲透率與血液灌注率的計(jì)算17-18
• 2.1.2 孔隙度變化對人手皮膚的溫度影響18-19
• 2.2 人手皮膚溫度和微血管運(yùn)動在內(nèi)皮調(diào)節(jié)頻段的波動規(guī)律19-23
• 2.2.1 包含內(nèi)皮調(diào)節(jié)活動的孔隙度變化關(guān)系19-20
• 2.2.2 冷水刺激對側(cè)手的傳熱計(jì)算和內(nèi)皮頻段的溫度波動規(guī)律20-23
• 本章小結(jié)23-25
• 第3章 分段人體三維模型的建立25-37
• 3.1 人體節(jié)段劃分26-27
• 3.2 橫截面圖像的繪制27-29
• 3.3 人體三維有限元網(wǎng)格生成29-35
• 3.3.1 超限插值法29-30
• 3.3.2 平面網(wǎng)格生成和節(jié)點(diǎn)屬性30-32
• 3.3.3 三維網(wǎng)格生成和單元屬性32
• 3.3.4 程序流程和輸出32-35
• 本章小結(jié)35-37
• 第4章 人體血流、傳熱及熱調(diào)節(jié)模型37-67
• 4.1 血流數(shù)學(xué)模型37-45
• 4.1.1 一維血流模型介紹37-38
• 4.1.2 控制方程38-39
• 4.1.3 邊界條件設(shè)置39
• 4.1.4 參數(shù)設(shè)置39-41
• 4.1.5 數(shù)值方法41-42
• 4.1.6 計(jì)算流程和輸入輸出42-45
• 4.2 傳熱數(shù)學(xué)模型45-61
• 4.2.1 基于Pennes方程的人體傳熱模型45-46
• 4.2.2 無著裝邊界條件設(shè)定46-48
• 4.2.3 著裝邊界條件48-51
• 4.2.4 參數(shù)的設(shè)置51-52
• 4.2.5 控制方程的無量綱化52-54
• 4.2.6 離散和求解54-59
• 4.2.7 程序計(jì)算流程59-61
• 4.3 人體熱調(diào)節(jié)模型61-64
• 4.3.1 冷熱信號的產(chǎn)生61-62
• 4.3.2 冷熱信號的處理62
• 4.3.3 效應(yīng)器活動62-64
• 4.4 耦合計(jì)算及程序流程64-66
• 本章小結(jié)66-67
• 第5章 熱調(diào)節(jié)下的人體血流和體溫變化67-83
• 5.1 一維血流模型計(jì)算結(jié)果67-68
• 5.2 人體傳熱模型計(jì)算結(jié)果68-71
• 5.3 耦合計(jì)算結(jié)果71-82
• 5.3.1 不著裝下人體血流傳熱計(jì)算72-75
• 5.3.2 著裝與不著裝人體模型對比75-77
• 5.3.3 環(huán)境濕度對人體體溫的影響77-80
• 5.3.4 環(huán)境溫度對人體體溫的影響80-82
• 本章小結(jié)82-83
• 第6章 總結(jié)和展望83-85
• 6.1 總結(jié)83-84
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)84
• 6.3 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-91
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果91

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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  本文關(guān)鍵詞：基于多尺度建模的人體熱調(diào)節(jié)特性計(jì)算機(jī)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：313202