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基于三维传热模拟的睡眠婴儿热生理反应预测

婴儿,热传递,环境温度,皮肤温度,数值模拟

外部热环境（包括室内环境和被服）与婴儿热需求不适配可能引发热不适与严重的健康问题。为保障婴儿睡眠热舒适，本研究结合体外传热CFD模型与体温调节模型，解析婴儿-被服-室内环境系统的热传递过程，对婴儿热生理反应进行精准预测。两项模型通过人工气候舱暖体假人实验与文献中婴儿生理数据得到了验证。CFD传热模型计算了5种不同厚度的被褥覆盖下婴儿体表传热系数分布，并将其作为体温调节模型的边界条件模拟了5种环境温度下婴儿皮肤温度的瞬态变化。结果显示，暴露30分钟后，18℃环境温度下被褥厚度从0.5cm增加至4cm使平均皮肤温度升高1.0℃，而28℃环境温度下平均皮肤温度增长幅度缩小至0.5℃。环境温度越低，平均皮肤分布越不均匀。研究还建立了传热系数、环境温度与热生理反应的线性关系，提供了推测稳态温和环境下婴儿皮肤温度的简要方法。本研究结果将有助于理解婴儿与外环境间热传递过程，并为婴儿产品设计与室内环境营造提供理论基础。