失重條件下密閉環(huán)境內(nèi)濕度對人體熱舒適的影響研究.pdf

1、隨著載人航天技術(shù)的飛速發(fā)展，在載人航天器中營造一個適宜航天員長期居住和生活的環(huán)境已經(jīng)成為人類航天工程的主要研究任務之一。微重力條件下對人體熱舒適的研究是艙內(nèi)人工環(huán)境和生命保障系統(tǒng)設計的基礎和依據(jù)，目前針對載人艙中人體熱舒適的研究主要有兩個方向，一是以研究艙內(nèi)通風及氣流組織為手段，主要通過風速、溫度等參數(shù)來對室內(nèi)人員熱舒適進行評價；另一個方向就是研究微重力條件下人體生理機能的改變情況，屬于航天生理學的研究范疇。本文綜合考慮了上述兩個研究方

2、向，除溫度、風速外還將濕度、人員活動率以及人體血液分布等情況納入到人體熱舒適的評價體系中，運用CFD仿真技術(shù)對微重力下的艙內(nèi)溫、濕度場進行了模擬研究，并初步討論了在不同人員活動率下的艙內(nèi)熱舒適區(qū)間。
　　本文首先對微重力環(huán)境以及數(shù)值模擬方法進行了介紹，闡述了利用標準有效溫度SET*來進行熱舒適評價的原理和可行性。為了說明商業(yè)CFD軟件fluent能夠模擬微重力下無自然對流情況，進行了二維和三維的建模仿真，并分別與清華大學任建勛的“

3、冷流實驗”和地面“等溫法”模擬無自然對流的實驗結(jié)果作對比，發(fā)現(xiàn)在自然對流存在的情況下，流場的存在“再分配”效應，低速區(qū)域少于無自然對流的情況，這種趨勢在模擬和實驗中均有體現(xiàn)，說明了計算機仿真能夠抓住微重力下無自然對流流場的特性，論證了模擬方法的可行性。
　　接著本文根據(jù)“哥倫布”實驗艙進行了三維建模，對艙內(nèi)送風溫濕度進行了設計計算，并將計算結(jié)果作為邊界條件代入模擬仿真中，分析了不同重力情況下的艙內(nèi)濕度情況，研究表明在常重力和微重力

4、兩種情況下，前者濕度場分布情況較后者更接近于設定值，艙中水蒸氣質(zhì)量分布是影響艙內(nèi)濕度場的主要因素。
　　最后，文章進行UDF編程計算了標準有效溫度SET*，從而對不同相對濕度、人員活動強度以及血液分布下的人員熱舒適進行了評價，結(jié)果表明人體熱舒適感覺溫度隨相對濕度的增大而增加。當不考慮血液分布對人體熱感覺的影響時，溫度在24-27℃范圍內(nèi)，相對濕度在20％-80%之間，人體周圍流速在0.2m/s左右時，從人員活動強度來看，在這樣的環(huán)

5、境中人體處于睡眠活動狀態(tài)下的熱舒適度最高，而處在運動時計算的標準有效溫度區(qū)要略低于熱舒適區(qū)，說明相比于睡眠和工作，運動時人更喜歡稍熱一點的環(huán)境；從空氣流速上來看，當流速增大至1m/s時，標準有效溫度降低，人體感覺“偏涼”，反之流速減小至0.06m/s時，人體感覺“偏熱”。微重力效應會使人體血液向上肢匯集，人員身體下部的血液容積將會減少，由此將會產(chǎn)生上肢熱感覺溫度升高，下肢熱感覺溫度降低的現(xiàn)象。
　　本文結(jié)合了CFD數(shù)值仿真方法和地