应用机械工程学报

抽象的

建立人体对手部和前臂冷却的热响应稳健模型，以提高性能和能源效率

M Rida、W Karaki、N Ghaddar 和 K Ghali

使用建模方法来研究将手和前臂浸入冷水中的主动冷却(AC) 方法在剧烈体力活动后降低核心温度的有效性。基于生理学和精确的体温调节功能数学建模的瞬态多节点节段生物热模型用于预测给定代谢率和环境条件下的人体节段核心和皮肤温度以及动脉血流量。通过与前臂和手浸入冷水中期间和之后的核心温度的已发表实验数据进行比较，证实了该模型的有效性。经过验证的模型用于案例研究，以增进对 AC 干预期间相关身体热变化和动脉血流量以及 AVA 机制的理解，这些干预可缓解热环境中的热应力。当受试者处于静止状态并暴露于 21°C 的空气冷却时，核心温度从 38.0°C 降至 37.0°C 所需的时间为 33 分钟，而当手和前臂浸入
10°C 的水中时则需要 15 分钟。发现将前臂和手浸入 10°C 的水中时，冷却期间的平均显热损失为 106.2 W，而 21°C 的被动空气冷却平均显热损失为 75.9 W。发现主动冷却是加速降低核心温度的有效方法，可与高效、局部和便携式冷却设备一起使用。