在全球气候变暖与极端高温频发的当下,太阳辐射对人体热舒适与健康的影响愈发显著。传统实验方法难以全面捕捉复杂环境下的热传递机制。Comsol多物理场仿真技术凭借其强大的数值计算能力,可精准模拟太阳辐射对人体与周围环境的耦合传热过程,为智能温控服装研发优化提供创新解决方案。
夏日高温对人体的影响是多系统协同作用的结果。当环境温度超过35℃,人体通过皮肤辐射、传导散热的效率大幅下降,主要依赖汗液蒸发降温。此时,下丘脑体温调节中枢会加速血液循环,使体表血管扩张,导致心脏负荷增加,心率可能比常温下快20%~30%。
持续高温易引发脱水,当体液流失超过体重的2%,就会出现注意力不集中、肌肉耐力下降;若流失达5%,可能引发热痉挛;超过10%则会导致热射病,核心体温升至40℃以上,损伤脑、肝等器官,危及生命。
此外,高温会抑制食欲(胃肠血流减少)、影响睡眠(体表温度过高阻碍入睡),长期暴露还可能增加肾脏负担(浓缩尿液需求上升)。儿童、老人及慢性病患者因调节能力较弱,成为高温伤害的高危人群。
夏日高温
炎炎夏日减少太阳对人体的热辐射,需从“阻隔辐射吸收” 和 “增强体表散热” 双维度入手:
物理屏障与材质优选:穿戴浅色、高反射率衣物(如聚酯纤维或含陶瓷微粒面料),利用颜色对短波辐射的反射特性减少吸热;选择表面发射率高的材质,促进人体长波辐射散热。宽边帽、UPF50 + 遮阳伞可屏蔽直射辐射,伞面优选铝膜涂层。
主动散热与环境调节:通过喷雾、湿毛巾等增加体表蒸发散热,水蒸发时每克可带走2.4kJ热量;避免密闭环境,利用自然风或风扇强化对流(风速1m/s可提升散热效率30%)。选择树荫、凉亭等阴凉处,利用物体对太阳辐射的遮挡(遮阳率>90%时,辐射通量可降至 100W/m² 以下)。
物理场建模
衣物热辐射率0.01时的人体温度分布
衣物热辐射率0.5时的人体温度分布
衣物热辐射率0.99时的人体温度分布
衣物热辐射率0.01时的人体表面辐射度
衣物热辐射率0.5时的人体表面辐射度
衣物热辐射率0.99时的人体表面辐射度