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非均匀气流下人体换热特性机理研究

非均匀气流,人体换热,体表风速,有效迎风面积,评价指标

风扇可通过调节局部空气流动速度提升人体热舒适性，但现有研究对风扇引入的非均匀湍流脉动与动态换热的机理分析不够系统，且尚缺风扇的通用性评价指标。本研究旨在探究风扇引起的非均匀气流对体表气流场分布和对流换热量的影响。通过调研64个风扇的性能参数，利用K-means聚类了典型风扇几何模型。基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）模拟，分析了坐姿人体暴露于风扇气流场时，风扇的高度、水平距离、角度对体表风速分布的影响，量化了人体不同部位的对流换热量和有效迎风面积。通过实验验证了模型的准确性和适用范围，构建了非均匀气流下的人体换热模型，提出了风扇通用性评价指标。结果发现，坐姿状态下人体不同部位存在显著换热差异，近距离和高风速下对头部和前胸的换热效率显著优于背部。腹部因空气滞留效应，换热效率低于其他部位。手臂区域的换热效率对风扇的角度敏感性较高。研究结果将为建筑环境气流组织设计提供理论依据，指导风扇参数优化及个性化热环境调控。