CN106202658A - 用软件计算人体局部部位角系数的方法 - Google Patents

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王丽慧
邹学成
白芯慧
刘畅
杜志萍
宋洁
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    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367—Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods

Abstract

本发明涉及一种用软件计算人体局部部位角系数的方法，人体局部部位角系数的求解主要用于人体局部热舒适研究中局部辐射换热量的计算。其求解步骤如下：（1）确定人体体态姿势和所处空间类型及其相对位置；（2）对人体进行部位模块化，在前处理软件中建立对应模型；（3）利用FLUENT中S2S辐射模型对人体表面逐个角系数求解。本发明首次提供利用数值模拟软件快速、准确、可批量处理的用于计算人体局部部位相对于房间各面角系数的方法，解决了求解人体局部对房间各个面角系数的难题。

Description

用软件计算人体局部部位角系数的方法
技术领域
本发明涉及一种用于人体局部热舒适研究中局部辐射换热量的计算方法，尤其是一种在计算局部热舒适所需的局部辐射换热中，利用软件计算人体局部部位相对于房间各面的局部角系数求解方法。
背景技术
人对周围热环境所做的主观满意度评价，称为人体热舒适。局部热舒适性的研究是人体热舒适性研究的新方向，身体各部位的换热特性对于典型气流组织的设计具有重要的参考意义。身体各部位的换热特性涉及到局部对流换热、局部辐射换热和局部潜热换热，其中在局部辐射换热的求解过程中需要获得人体各部位相对于房间各面角系数。一般而言求解角系数时采用直接积分法或查图法，而湖南大学的郑德晓等人则利用对表面边界曲线的角系数积分公式推导出相互垂直和平行的两矩形表面间的角系数表达式，用于计算空调房内围护结构之间的角系数，在将人体简化为六面体后，套用公式计算人体与内围护结构的角系数，但未考虑人体局部部位与围护结构的角系数求解。可见目前，在计算人与房间辐射换热量时，往往将人作为一个整体来确定人与房间的角系数，且求解过程繁杂，而针对人体各个身体部位的角系数求解尚未见快速可行的方法。在对人体局部热舒适的研究中，需要考虑人体局部部位的辐射换热量，此时一种快速计算人体局部部位在不同空间类型建筑内角系数的方法尤为需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速、准确、可批量处理的用于计算人体局部部位相对于房间各面角系数的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用软件计算人体局部部位角系数的方法，包括如下步骤：
步骤1：确定人体体型姿势和所处房间空间类型及其相对位置；
步骤2：对人体各个身体部位进行不同表面数量的模块化，并在前处理建模软件内建立模型。
步骤3：利用计算流体利息额软件FLUENT对人体各个部位进行角系数的求解；软件计算时，需对模块化后的人以及所处空间环境建模，利用FLUENT导入所选择的S2S辐射模型，计算各个身体部位模块对应于建筑各面的角系数。
所述步骤1中的空间类型包括立方体，长方体，圆柱体及其组合构成的等各种多面的实际建筑；步骤1中的人体体型姿势包括站立，静坐，平躺等，同时关注实际人体体型特征的身高和各身体部位尺寸。
所述步骤2中建立的人体局部身体部位的表面模块化过程具体步骤为：
步骤1-1、根据人体体型姿势和房间类型及其相对位置，进行具体房间类型与人体姿势组合后的建模工作；
步骤1-2、对于组合好的情况，对人体进行部位划分；其中部位划分的要求为：为研究不同部位的舒适度，人体部位的划分总数量≥20块；
步骤1-3、每个身体部位表面模块化过程中的面的数量依据研究需求来定，以保证研究精度的要求。
所述步骤3的S2S辐射模型采用灰体辐射模型并假设所有表面是漫射表面，用于计算封闭空间内面与面之间的辐射换热量的相关计算。
与现有技术相比，本发明的显著效果是：本发明可用于计算人体局部部位与所处建筑各壁面的角系数；可依据不同研究需求进行各身体部位不同数量面的模型优化，以满足研究精度的需求；本发明提供的利用软件求解人体局部部位相对于房间各面角系数的方法具有快速、准确、可批量处理的优点。
附图说明
图1为本发明的用软件计算人体局部部位角系数的方法的流程图；
图2为人体部位划分模块化示意图；
其中：(a)为人体正面，(b)为人体背面
图3为人体部位3在房间内的相对位置模型图；
图4为人体部位3模型化为圆柱体的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的用软件计算人体局部部位角系数的方法，包括如下步骤：
步骤1：确定人体体型姿势和所处房间空间类型及其相对位置；
步骤2：依据研究内容的需求对人体各个身体部位进行不同表面数量的模块化，并在前处理建模软件内建立模型。
步骤3：利用计算流体利息额软件FLUENT对人体各个部位进行角系数的求解；软件计算时，需对模块化后的人以及所处空间环境建模，利用FLUENT导入所选择的S2S辐射模型，计算各个身体部位模块对应于建筑各面的角系数。
步骤1中的空间类型包括立方体，长方体，圆柱体及其组合构成的等各种多面的实际建筑；步骤1中的人体静态姿势包括站立，静坐，平躺等，同时关注实际人体体型特征的身高和各身体部位尺寸，这些提供了人体模块化的基本参数。
步骤2中建立的人体局部身体部位的表面模块化过程具体为：
步骤1-1、根据人体体型姿势和房间类型及其相对位置，进行具体房间类型与人体姿势组合后的建模工作。
步骤1-2、对于组合好的情况，对人体进行部位划分；其中部位划分的要求为：为了研究不同部位的舒适度，人体部位的划分总数量宜≥20块。
步骤1-3、每个身体部位表面模块化过程中的面的数量依据研究需求来定，以保证研究精度的要求。
步骤3的S2S辐射模型，该辐射模型采用灰体辐射模型并假设所有表面是漫射表面；一般其用于计算封闭空间内面与面之间的辐射换热量的相关计算，比如地面与壁面之间，壁面与壁面之间的角系数及辐射换热量，而本专利创新地将其用来计算人体局部部位与其周围壁面之间的角系数。
步骤3在计算流体软件FLUENT内计算角系数，利用建立的人体模块模型与房间模型在FLUENT辐射模型中选择S2S表面辐射模型，求解出人体各模块部位的角系数(viewfactor)；该计算人体局部身体部位角系数的方法针对性地解决了当人体处于某空间类型建筑下，人体不同局部部位对各建筑平面的角系数，为进一步求解人体局部换热特性与局部热舒适性服务。
具体实施例：某人直立于某房间工况
此时工况具体为：在某一长宽高3.6mx2.7mx2.7m的房间正中间有一成年男性，其身高1.8m、体重70kg。为研究该人在此环境下的局部热舒适性，需要具体分析人体各个部分的辐射换热量，为此需要确定其各个身体部位与周围墙体的辐射角系数。基于建筑房间内人体局部热舒适性的研究需求，以及此时人的站立姿态，如图2(a)，图2(b)此处具体将人分为如下20个身体部位，20个身体部位的名称具体见表1。
依据该人体部位的划分，下面需要逐个对每一个部位进行模块化处理并建立模型，下面仅以人体部位3右手臂为例。
依据人体部位3的具体形状，依据对右手臂局部辐射换热的研究需求，将其模块化为圆柱体(见图4)，同时房间为包含6个面(前墙、后墙、左墙、右墙、天花板和地板)的长方体形态(见图3)，建立模型进行角系数求解。建立的模型参见如图3、4。在Fluent内导入建立好的模型，利用S2S辐射模型，求解出人体右手臂部位3对6个房间壁面的角系数，同理求解其他19个身体部位的角系数结果参见表1。

Claims (4)

1.一种用软件计算人体局部部位角系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定人体体型姿势和所处房间空间类型及其相对位置；
步骤2：对人体各个身体部位进行不同表面数量的模块化，并在前处理建模软件内建立模型；
步骤3：利用计算流体软件FLUENT对人体各个部位进行逐个角系数的求解；软件计算时，对模块化后的人以及所处空间环境建模，利用FLUENT导入所选择的S2S辐射模型，计算各个身体部位模块对应于建筑各面的角系数。
2.根据权利要求1所示的用软件计算人体局部部位角系数的方法，其特征在于：步骤1中的所述空间类型包括立方体，长方体，圆柱体及其组合构成的各种多面的实际建筑；所述人体体型姿势包括站立，静坐，平躺，同时关注实际人体体型特征的身高和身体各部位尺寸。
3.根据权利要求1所示的用软件计算人体局部部位角系数的方法，其特征在于：步骤2中建立的人体局部身体部位的表面模块化过程具体步骤为：
步骤2-1、根据人体体型姿势和房间类型及其相对位置，进行具体房间类型与人体姿势组合后的建模工作；
步骤2-2、对于组合好的情况，对人体进行部位划分；其中部位划分的要求为：为研究不同部位的舒适度，人体部位的划分总数量≥20块；
步骤2-3、每个身体部位表面模块化过程中的面的数量依据研究需求来定，以保证研究精度的要求。
4.根据权利要求1所示的用软件计算人体局部部位角系数的方法，其特征在于：所述S2S辐射模型采用灰体辐射模型并假设所有表面是漫射表面，用于计算封闭空间内面与面之间的辐射换热量的相关计算。
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