基于个体差异性的人体热应激模拟与实验研究

作     者：王兴明 

作者单位：西安科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张玉涛;杨杰

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：人体热应激 热舒适 个体差异性 PHS模型 高温环境 

摘      要：随着温室效应加剧和生产工艺需求，高温环境造成的热应激和热疾病广泛存在于生产和生活中。人体热生理调节模型可以预测人体热生理指标参数，为高温环境下人体热防护提供理论指导，但现有的人体热生理调节模型将被试者视为标准人体，未考虑个体差异性因素对人体热生理调节的影响，而研究表明人体热生理调节存在显著的个体差异性，因此，考虑人体热生理调节的个体差异性，建立个体差异性人体热生理调节模型是科学合理进行人体热防护的重要手段。本文在人体热应激(PHS)模型的基础上，考虑个体差异性因素对人体热生理调节的影响，开展了模拟与实验研究：在传统PHS模型的基础上，考虑个体差异性因素（身高、体重、性别、年龄）对人体热物性参数及热生理调节的影响，建立IPHS模型，为验证改进模型的有效性，将文献中实验工况（三个案例，9种工况，51名被试者）输入PHS模型及IPHS模型，对比模型预测值与实验值。结果表明IPHS模型较PHS模型具有更好的预测表现：核心温度、皮肤温度与出汗量的实验值与模拟值的最大预测误差均未超过1.0℃，1.6℃.10g：IPHS模型较PHS模型对核心温度（PHS:0.98Cvs.IPHS:0.55C）和出汗量（PHS：335.7g vs.IPHS:8.9g）的预测能力更优异，为探究脂肪含量差异对人体热生理调节客观参数和主观评价的影响，开展了不同身体质量指数（BMl）被试者的人体热生理实验。实验结果表明，BMI差异可以造成被试者生理与心理响应存在统计学差异。在中等代谢率工况下(35℃.50%RH.80/140/200W/m2），偏胖者与偏瘦者的核心温度、总出汗量、热舒适、服装湿润度及热疲劳程度初始阶段（0-10min）平均皮肤温度均存在统计学差异（p0.05）：在高代谢率工况下（32.2+0.6°℃，54.0+3.5%RH，290W/m2）偏胖者与偏瘦者在核心温度、总出汗量、服装湿润度、初始阶段（0-10min）平均皮肤温度均存在统计学差异(p0.05).为充分验证IPHS模型预测性能，将中等与高代谢率实验工况输入PHS模型与IPHS模型，对比实验值与模拟值，结果表明IFPHS模型较PHS模型对中等及高代谢率实验中偏胖者与偏瘦者的核心温度预测能力均显著优于PHS模型（pc0.001）。研究建立的IPHS模型提高了预测精度，可为高温环境人员安全性评估及防护服研发等提供理论支撑。