首页/文章/ 详情

Comsol 如何减少太阳对人体的热辐射

5天前浏览10

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。




文|热流Es
编辑|小苏
审核|赵佳乐

高温对人体影响巨大

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,如何减少太阳对人体的热辐射 ?

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)。

科学防晒与行为干预:涂抹含氧化锌、二氧化钛的物理防晒霜(覆盖UV-A/B及部分红外波段),形成反射屏障;避开10:00-16:00太阳辐射峰值时段外出,必要时穿戴冰感衣(含相变材料,可吸收体表热量延缓升温)。此外,及时补充电解质水,维持汗腺分泌效率(脱水时散热能力下降50%),从生理层面增强热耐受。

从物理屏障与材质优选角度分析

采用Comsol软件耦合固体传热和太阳辐射物理场进行建模,物理场几何模型、边界条件和网格划分如下。研究通过Comsol构建三维人体热模型,量化分析不同防护策略下的体表温度分布与热流密度,旨在揭示材料特性与辐射屏蔽效果间的内在关联,助力开发高效低耗的被动式降温技术。


物理场建模


衣物热辐射率越低,人体降温效果最佳

采用瞬态求解器进行计算,计算步长0.1min,计算总时间20min。通过查看20min时穿着不同热辐射率衣物的人体温度分布图,可以得出:衣物热辐射率越低,人体降温效果最佳。因此炎炎夏日建议选择购买热辐射率低的衣服。

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

不同衣物热辐射率下的人体平均温度


来源:Comsol有限元模拟
Comsol材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-11
最近编辑:5天前
comsol学习课堂
硕士 | 仿真工程师,... Comsol工程师,研究方向多物理场
获赞 85粉丝 443文章 132课程 0
点赞
收藏
作者推荐

Comsol卡门涡街现象

卡门涡街是流体绕钝体流动时形成的周期性漩涡脱落现象,在自然界和工程中广泛存在。利用COMSOL Multiphysics进行数值模拟,可深入研究不同雷诺数下涡街的形成机制、频率特性及流体作用力变化规律。本模拟采用层流模型与稳态求解器,通过可视化流场分布与压力曲线,为理解流体动力学不稳定性及流致振动问题提供理论支持。文|热流Es编辑|小苏审核|赵佳乐「卡门涡街」卡门涡街是黏性不可压缩流体动力学所研究的一种现象。当流体绕过非流线型物体时,物体尾流左右两侧产生成对的、交替排列的、旋转方向相反的反对称涡旋,称为卡门涡街。在一定条件下,黏性流体绕过某些物体时,由于边界层的分离,物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡,经过非线性作用后形成类似街道两边街灯排列的涡街形态。当流体流过障碍物时,边界层内的流体由于粘性作用,速度逐渐降低,甚至可能出现逆流,导致边界层分离,在障碍物尾部形成分离点,并在分离点之后产生自由剪切层,这些自由剪切层不稳定,会卷曲并最终形成涡旋。图. 自然界中的卡门涡街现象「物理建模」描述卡门涡街现象的物理几何模型和物理场边界条件如下所示。图. 物理场建模 「网格划分」 在 Comsol 模拟卡门涡街时,网格划分是关键步骤。首先,需对计算域进行合理规划,将包含障碍物及流场区域的整个计算域进行建模。对于障碍物附近,由于流场变化剧烈,是涡旋产生和发展的关键区域,要采用高度细化的网格,可使用边界层网格划分功能,增加壁面附近的网格层数,以准确捕捉边界层内的流动特性,提高对分离流和涡旋形成过程的模拟精度。而在远离障碍物的区域,流场相对稳定,则可适当增大网格尺寸,以减少整体网格数量,提高计算效率。同时,可采用非结构化网格,它能更好地适应复杂几何形状,保证在障碍物复杂外形处也能生成高质量网格。此外,还可以通过网格敏感性分析,不断调整网格参数,确保模拟结果不会因网格的疏密变化而产生较大偏差,从而获得可靠的卡门涡街模拟结果。 图. 网格分布 「结果展示」 通过Comsol 清晰地呈现卡门涡街模拟的物理场分布如下所示。 图. 速度分布 图. 压力分布 图. 流线分布 图. 涡流大小分布 来源:Comsol有限元模拟

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈