第六讲生物传热.PDFVIP

第六讲 生物传热 6.1 概要 人体组织与外界的传热模式 被实验者在24 度和30 度环境温度下的皮肤表面温度 人体计算机热模型在不同环境下的皮肤温度分布 由人体热模型模拟出来的人体各部分的温度 利用人体热模型考察人体与环境的关系 安静时和劳动时人体内脏各部分所产生的热量  人体在安静时所产生的热量是83.72W （每小时72 kcal）  劳动时所产生的热量是安静时的3 倍251.16W （216 kcal） 生物传热包括两大内容 A) 人体的热生理学  人体维持体温恒定的机理  人体与热环境间的关系 B) 热能与生物组织的反应（高温和低温） 6.2 人体的体温 人体是恒温动物（warm-blooded animal ） 0 深部体温： 371 C 保持深部一定温度的优点：能够使身体里酶的作用保持在最佳状态，并使人体内的各种化学 反应速度保持一定。 测定皮肤温度的方法： 热电偶，热阻，红外热像仪等 图6.1 表示的是热电偶在人体各部位的测点，依次是：头部，身体，上肢，下肢。图6.2 表 示的是各个部位的温度，从中可以看出：四肢的温度要小于躯干的温度，头部和躯干的皮肤 温度差距较小，手指的温度最低。 图6.5 表示的是在不同环境温度下，人体内部和体表的温度分布。在正常的环境温度下，身 体的大部分区域都保持在37 0C， 温度的变化主要集中在皮肤和皮下组织部分。当收到冷刺 激后，躯干和头部的大部分区域仍保持37 0C，四肢的温度明显降低，温度变化的范围扩大. 图15 和16 是Pennes1948 年发表在生理学杂志上的结果.图15 是实验测得的上肢截面的 温度分布曲线,16 是理论分析结果.图6 中的V 表示的是血液灌注率,结果表明,当灌注率为零时, 上肢温度远小于实测值,而当灌注率不为零时,理论分析值与实测值相近,而且,随着灌注率的增 加, 温度也随着上升. Pennes 在这篇文章中所推导的公式至今仍然被广泛应用,就是著名的 Pennes 生物传热方程。 Pennes 关于上肢的测量和理论分析结果。 6.3 人体与环境的热交换 人体与环境的热交换途径：  热传导  对流换热  热辐射  蒸发散热  由呼吸引起的散热 6.3.1 热传导： dT q s s 傅里叶传导法则 （6.1） dn  – 皮肤的热传导率 单位 W/mK s T – 皮肤温度 s 6.3.2 皮肤与周围流体的对流换热 q h (T T ) 牛顿冷却定律 （6.2） c s a 2 h –对流换热系数 W/m K c T – 皮肤温度 T 流体温度 s a – 在强制对流换热下，hc 由风速确定。自然对流时，hc 由温度差决定。对流换热系数还由形状 决定，代表尺寸越小，对流换热率越大。 表6.1 给出了各种物质的热传导率。可以看到，热传导率基本上是由金属—〉非金属—〉纺织 物逐渐递减。 表6.4 给出了人体在不同状态时的对流换热系数，而图6.6a 给出了对流换热系数随人体步行 速度的变化曲线。可以看出，对流换热系数和周围环境的气流速度和人体自身的状态相关。 图6.6b 是人体不同部位的对流换热系数，可以看出头，脚，手的部位换热系数较大。 6.3.3 热辐射 4 4 Q   {(T 273.15) (T 273.15) } （6.3） r s e sm rm  --皮肤的放射率 0.98 s  -- 周围环境的平均放射率 e  -- Stephan-Boltzman law， Stephan-Boltzman constant  5.67 108 W / m2 K 4 6.3.4 由蒸发引起的换热