本發(fā)明涉及一種用于人體局部熱舒適研究中局部輻射換熱量的計算方法，尤其是一種在計算局部熱舒適所需的局部輻射換熱中，利用軟件計算人體局部部位相對于房間各面的局部角系數(shù)求解方法。

背景技術(shù)：

人對周圍熱環(huán)境所做的主觀滿意度評價，稱為人體熱舒適。局部熱舒適性的研究是人體熱舒適性研究的新方向，身體各部位的換熱特性對于典型氣流組織的設(shè)計具有重要的參考意義。身體各部位的換熱特性涉及到局部對流換熱、局部輻射換熱和局部潛熱換熱，其中在局部輻射換熱的求解過程中需要獲得人體各部位相對于房間各面角系數(shù)。一般而言求解角系數(shù)時采用直接積分法或查圖法，而湖南大學(xué)的鄭德曉等人則利用對表面邊界曲線的角系數(shù)積分公式推導(dǎo)出相互垂直和平行的兩矩形表面間的角系數(shù)表達(dá)式，用于計算空調(diào)房內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的角系數(shù)，在將人體簡化為六面體后，套用公式計算人體與內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的角系數(shù)，但未考慮人體局部部位與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的角系數(shù)求解。可見目前，在計算人與房間輻射換熱量時，往往將人作為一個整體來確定人與房間的角系數(shù)，且求解過程繁雜，而針對人體各個身體部位的角系數(shù)求解尚未見快速可行的方法。在對人體局部熱舒適的研究中，需要考慮人體局部部位的輻射換熱量，此時一種快速計算人體局部部位在不同空間類型建筑內(nèi)角系數(shù)的方法尤為需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種快速、準(zhǔn)確、可批量處理的用于計算人體局部部位相對于房間各面角系數(shù)的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用軟件計算人體局部部位角系數(shù)的方法，包括如下步驟：

步驟1：確定人體體型姿勢和所處房間空間類型及其相對位置；

步驟2：對人體各個身體部位進(jìn)行不同表面數(shù)量的模塊化，并在前處理建模軟件內(nèi)建立模型。

步驟3：利用計算流體利息額軟件FLUENT對人體各個部位進(jìn)行角系數(shù)的求解；軟件計算時，需對模塊化后的人以及所處空間環(huán)境建模，利用FLUENT導(dǎo)入所選擇的S2S輻射模型，計算各個身體部位模塊對應(yīng)于建筑各面的角系數(shù)。

所述步驟1中的空間類型包括立方體，長方體，圓柱體及其組合構(gòu)成的等各種多面的實際建筑；步驟1中的人體體型姿勢包括站立，靜坐，平躺等，同時關(guān)注實際人體體型特征的身高和各身體部位尺寸。

所述步驟2中建立的人體局部身體部位的表面模塊化過程具體步驟為：

步驟1-1、根據(jù)人體體型姿勢和房間類型及其相對位置，進(jìn)行具體房間類型與人體姿勢組合后的建模工作；

步驟1-2、對于組合好的情況，對人體進(jìn)行部位劃分；其中部位劃分的要求為：為研究不同部位的舒適度，人體部位的劃分總數(shù)量≥20塊；

步驟1-3、每個身體部位表面模塊化過程中的面的數(shù)量依據(jù)研究需求來定，以保證研究精度的要求。

所述步驟3的S2S輻射模型采用灰體輻射模型并假設(shè)所有表面是漫射表面，用于計算封閉空間內(nèi)面與面之間的輻射換熱量的相關(guān)計算。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著效果是：本發(fā)明可用于計算人體局部部位與所處建筑各壁面的角系數(shù)；可依據(jù)不同研究需求進(jìn)行各身體部位不同數(shù)量面的模型優(yōu)化，以滿足研究精度的需求；本發(fā)明提供的利用軟件求解人體局部部位相對于房間各面角系數(shù)的方法具有快速、準(zhǔn)確、可批量處理的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用軟件計算人體局部部位角系數(shù)的方法的流程圖；

圖2為人體部位劃分模塊化示意圖；

其中：(a)為人體正面，(b)為人體背面

圖3為人體部位3在房間內(nèi)的相對位置模型圖；

圖4為人體部位3模型化為圓柱體的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本專利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的用軟件計算人體局部部位角系數(shù)的方法，包括如下步驟：

步驟1：確定人體體型姿勢和所處房間空間類型及其相對位置；

步驟2：依據(jù)研究內(nèi)容的需求對人體各個身體部位進(jìn)行不同表面數(shù)量的模塊化，并在前處理建模軟件內(nèi)建立模型。

步驟3：利用計算流體利息額軟件FLUENT對人體各個部位進(jìn)行角系數(shù)的求解；軟件計算時，需對模塊化后的人以及所處空間環(huán)境建模，利用FLUENT導(dǎo)入所選擇的S2S輻射模型，計算各個身體部位模塊對應(yīng)于建筑各面的角系數(shù)。

步驟1中的空間類型包括立方體，長方體，圓柱體及其組合構(gòu)成的等各種多面的實際建筑；步驟1中的人體靜態(tài)姿勢包括站立，靜坐，平躺等，同時關(guān)注實際人體體型特征的身高和各身體部位尺寸，這些提供了人體模塊化的基本參數(shù)。

步驟2中建立的人體局部身體部位的表面模塊化過程具體為：

步驟1-1、根據(jù)人體體型姿勢和房間類型及其相對位置，進(jìn)行具體房間類型與人體姿勢組合后的建模工作。

步驟1-2、對于組合好的情況，對人體進(jìn)行部位劃分；其中部位劃分的要求為：為了研究不同部位的舒適度，人體部位的劃分總數(shù)量宜≥20塊。

步驟1-3、每個身體部位表面模塊化過程中的面的數(shù)量依據(jù)研究需求來定，以保證研究精度的要求。

步驟3的S2S輻射模型，該輻射模型采用灰體輻射模型并假設(shè)所有表面是漫射表面；一般其用于計算封閉空間內(nèi)面與面之間的輻射換熱量的相關(guān)計算，比如地面與壁面之間，壁面與壁面之間的角系數(shù)及輻射換熱量，而本專利創(chuàng)新地將其用來計算人體局部部位與其周圍壁面之間的角系數(shù)。

步驟3在計算流體軟件FLUENT內(nèi)計算角系數(shù)，利用建立的人體模塊模型與房間模型在FLUENT輻射模型中選擇S2S表面輻射模型，求解出人體各模塊部位的角系數(shù)(view factor)；該計算人體局部身體部位角系數(shù)的方法針對性地解決了當(dāng)人體處于某空間類型建筑下，人體不同局部部位對各建筑平面的角系數(shù)，為進(jìn)一步求解人體局部換熱特性與局部熱舒適性服務(wù)。

具體實施例：某人直立于某房間工況

此時工況具體為：在某一長寬高3.6mx2.7mx2.7m的房間正中間有一成年男性，其身高1.8m、體重70kg。為研究該人在此環(huán)境下的局部熱舒適性，需要具體分析人體各個部分的輻射換熱量，為此需要確定其各個身體部位與周圍墻體的輻射角系數(shù)?；诮ㄖ块g內(nèi)人體局部熱舒適性的研究需求，以及此時人的站立姿態(tài)，如圖2(a)，圖2(b)此處具體將人分為如下20個身體部位，20個身體部位的名稱具體見表1。

依據(jù)該人體部位的劃分，下面需要逐個對每一個部位進(jìn)行模塊化處理并建立模型，下面僅以人體部位3右手臂為例。

依據(jù)人體部位3的具體形狀，依據(jù)對右手臂局部輻射換熱的研究需求，將其模塊化為圓柱體(見圖4)，同時房間為包含6個面(前墻、后墻、左墻、右墻、天花板和地板)的長方體形態(tài)(見圖3)，建立模型進(jìn)行角系數(shù)求解。建立的模型參見如圖3、4。在Fluent內(nèi)導(dǎo)入建立好的模型，利用S2S輻射模型，求解出人體右手臂部位3對6個房間壁面的角系數(shù)，同理求解其他19個身體部位的角系數(shù)結(jié)果參見表1。