مدلسازی اثرات عوامل فردی بر دمای موضعی بدن با توسعه یک مدل گرما تنظیم چند بخشی فردی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

مدل‌های گرما تنظیم مبتنی بر عملکرد حسگرهای حرارتی پوستی به دلیل نزدیکی به فیزیک حاکم بر درک حرارتی بدن در سال­های اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بر همین اساس، مدل‌های زیادی از جمله مدل‌های STB، ITB، MSTB و JOSTB برای ارزیابی شرایط حرارتی بدن ارائه شده است. در تحقیق حاضر و در راستای تکمیل پژوهش‌های پیشین، یک مدل فردی-بخشی (IMTB) معرفی شده‌است. مدلی که علاوه بر پیش‌بینی دمای بخش‌های مختلف، تاثیر عوامل فردی مانند قد، وزن، سن، جنسیت و شاخص توده بدنی بر دمای موضعی و کلی بدن را ارزیابی می‌کند. در این تحقیق بدن از 17 بخش، 3 لایه و سیستم گردش خون متشکل از سرخرگ، سیاهرگ و سیاهرگ‌های سطحی تشکیل و تأثیر عوامل فردی بر پارامترهای فیزیولوژیکی و سازوکارهای انتقال و گرما تنظیم بدن بررسی شده‌است. همچنین، در نهایت صحت عملکرد مدل جدید برای پیش‌بینی دمای موضعی و میانگین پوست با نتایج آزمایشگاهی مختلف مورد اعتبارسنجی قرارگرفته است. نتایج نشان می‌دهد مدل توسعه‌یافته جدید ضمن درنظر گرفتن شرایط فردی، توانایی قابل‌قبولی در تخمین دمای بدن دارد و می­تواند دمای بخش­های مختلف بدن را با متوسط خطای 4/0 درجه سلسیوس پیش­بینی نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Stolwijk JAJ., Hardy JD., Temperature regulation in man — a theoretical study. Pflugers Archiv Ges. Physiol, 291, No. 2, pp. 129–62, 1966.
  • Tanabe S-i., Kobayashi K., Nakano J., Ozeki Y., Konishi M., Evaluation of thermal comfort using combined multi-node thermoregulation (65MN) and radiation models and computational fluid dynamics (CFD). Energy and Building, Vol. 34, No. 6, pp. 637–46, 2002.
  • Fiala D., Lomas KL., Stohrer M., A computer model of human thermoregulation for a wide range of environmental conditions: the passive system. Journal of Applied Physiology, Vol. 87, No. 5, pp. 1957-1972, 1999.
  • Lai D., Chen Q., A two-dimensional model for calculating heat transfer in the human body in a transient and non-uniform thermal environment. Energy and Building, Vol. 18, pp.144-122, 2016.
  • Kilic M., Kaynakli O., Yamankaradeniz R., Determination of required core temperature for thermal comfort with steady-state energy balance method. International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 33, No. 2, pp. 199-210, 2006.
  • Havenith G., Individualized model of human thermoregulation for the simulation of heat stress response. Journal of Applied Physiology, Vol. 90, No. 5, pp. 1943-1954, 2001.
  • Gagge AP., Fobelets AP., Berglund LG., A standard predictive index of human response to the thermal environment. ASHRAE Transactions, Vol. 92, No. 2B, pp. 709-31, 1986.
  • Huizenga C., Hui Z., Arens E., A model of human physiology and comfort for assessing complex thermal environments. Building and Environment, Vol 36, No. 6, pp.691-9, 2001.
  • Itani M., Ghaddar N., Ghali Ka., Laouadi A., Bioheat modeling of elderly and young for prediction of physiological and thermal responses in heat-stressful conditions. Journal of Thermal Biology, Vol. 88, 2020.
  • Takahashi Y., Nomoto A., Yoda S., Hisayama R., Ogata M., Ozeki Y., Tanabe S-i., Thermoregulation model JOS-3 with new open source code. Energy and Building, Vol. 231, 2021.
  • Hensel H., (1983) Recent advances in thermoreceptor physiology. Journal of Thermal Biology, Vol. 8, No. 1, pp. 3-5, 1983.
  • Zolfaghari SA., Maerefat M., A new simplified thermoregulatory bioheat model for evaluating thermal response of the human body to transient Building and Environment, Vol. 45, No. 10, pp. 2068-76, 2010.
  • Davoodi F., Hassanzadeh H., Zolfaghari SA., Havenith G., Maerefat M., A new individualized thermoregulatory bio-heat model for evaluating the effects of personal characteristics on human body thermal response. Building and Environment, Vol. 136, pp. 62-76, 2018.
  • Khiavi NM., Maerefat M., Zolfaghari SA., A new local thermal bioheat model for predicting the temperature of skin thermoreceptors of individual body tissues. Journal of Thermal Biology, Vol. 74, pp. 290-302, 2018.
  • افضلیان م. و ذوالفقاری س.ع.، توسعه یک مدل چندبخشی برای ارزیابی شرایط حرارتی بدن انسان با اصلاح سیستم گردش خون. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، مقالات آماده انتشار، 1400.
  • Xiong J., Zhou X., Lian Z., You J., Lin Y., Thermal perception and skin temperature in different transient thermal environments in summer. Energy and Building, Vol. 128, pp. 155-163, 2016.
  • Raven PR., Horvath SM., Variability of Physiological Parameters of Unacclimatized Males during a Two-Hour Cold Stress of 5°C. International Journal of Biometeorology, Vol. 14, No. 3, pp. 309-320, 1970.
  • Tang Y., Yu H., Wang Z., Luo M., Li C., Validation of the Stolwijk and Tanabe Human Thermoregulation Models for Predicting Local Skin Temperatures of Older People under Thermal Transient Conditions. Energies, Vol. 13, No. 24, 2020.
  • Xiong J., Zhou X., Lian Z., You J., Lin Y., Investigation of gender difference in human response to temperature step changes. Physiology & Behavior, Vol. 151, pp. 426-440, 2015.
  • Stolwijk J., Hardy J., Partitional calorimetric studies of responses of man to thermal transients. Journal of Applied Physiology, Vol. 21, No. 3, pp. 967-977, 1966.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار