Fiala 温度调节模型

Fiala 温度调节模型是模拟人体的多段多节点模型，包括预测整体和局部生理反应。

该模型基于普通人，具有人体的详细多层结构。环境热交换可对人体局部热损失和增益进行建模，具体包括自由对流和强制对流、太阳辐照、长波辐射、皮肤水分蒸发以及衣物的隔热作用。

人体建模为圆柱形和球形（头）体段，由具有不同热和生理属性的同心组织层构建而成。每个体段又细分为切向扇区，以顾及非对称边界条件（例如正面或横向定向辐射）。下图显示分段体的左侧，以及径向和切向细分的横截面 A-A''：

最里面的同心组织层是骨（灰色圆），随后是肌肉、脂肪、内层皮肤和外皮。

然后，体的这个段-扇区-层模型建模为热网，段上的网络节点在横截面图 A-A" 中以点显示。热阻根据每层材料（皮肤、脂肪、肌肉、骨头等）的导热率和网络节点表示的每个组织块的几何尺寸来计算。下图显示代表段的热网：

具有被动和动态温度调节的生物热方程

Fiala 温度调节模型可对生物传热方程进行求解，以预测人体内的动态热和质量传输 [405]，顾及主动和被动系统的作用。人体中释放到环境的最大部分热量是通过皮肤的，但也有些热量是通过呼吸而损失的。

生物热方程由以下公式求出：

图 1. EQUATION_DISPLAY

\underset{Unsteady term}{\underset{⏟}{ρ C_{p} \frac{\partial T}{\partial t}}} = \underset{Radial heat conduction}{\underset{⏟}{k (\frac{\partial^{2}}{\partial r^{2}} + \frac{ω}{r} \frac{\partial T}{\partial r})}} + \underset{Blood perfusion heat convection}{\underset{⏟}{ρ_{b l} w_{b l} C_{p, b l} (T_{b l a} - T)}} + \underset{Metabolic heat generation}{\underset{⏟}{q_{m}}}

(1801)

其中：

呼吸引起的热损失（负值）将加到代谢热源项中。在皮肤边界将考虑蒸发导致的热损失。传导、血灌注、呼吸和蒸发统称为被动调节系统。除了被动调节外，人体还能够进行主动调节。Fiala 温度调节模型考虑两种主动调节方式：温/热环境下排汗和凉/冷环境下战栗。

在 Simcenter STAR-CCM+ 中，生物热方程在热网中离散化。热网（连接到一个或多个网络节点）的生物热方程由以下公式求出：

i

j

图 2. EQUATION_DISPLAY

\frac{d}{d T} (C_{p, i} T_{i}) + \underset{}{\sum_{j} \frac{T_{i} - T_{j}}{R_{i j}} + β V_{i} (T_{i} - T_{bla}) = q_{m} V_{i}}

(1802)

其中：