热辐射环境中人体皮肤烧伤的CFD仿真模拟

摘要

为实现高温热辐射环境中消防员热损伤评估并保障消防人员生命安全，开展人体整体和局部烧伤时间的CFD(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真模拟研究。首先，建立三维数值假人，利用ICEM软件将其按人体生理构造进行“分块”处理;将模拟结果与文献数据进行对比，验证模型的有效性;然后，开展着装与未着装2个工况的CFD仿真模拟，得到热通量、皮肤温度与烧伤时间的变化规律;最后，进行参数分析，定量化风速、服装厚度对皮肤温度与烧伤的影响。结果表明:所建立的CFD模型能够较精确预测服装与人体温度，模拟结果与文献数据的最大相对误差不超过8.6%;风速对于皮肤烧伤的影响较大，风速从0.2 m/s增加到2.0 m/s,4 s热暴露结束时，裸体假人皮肤二级烧伤比例由100%缩短至9%，热通量变化率下降15.35%;此外，各部位发生二级烧伤的时间具有差异性，上臂、小腿、脚与大腿发生二级烧伤的时间小于躯干部位;风速从0.2 m/s增加到2.5 m/s时，着装假人平均皮肤温度降低3.76℃，上臂和小腿受风速影响更为明显;织物厚度从0.3 mm增加到1.2 mm时，着装假人整体平均温度增长率降低13.41%，四肢受织物厚度影响较大，尤其是大腿和上臂温度分别降低30.2%和29.8%。研究成果可为高温热辐射环境下人体热损伤预测、热防护性能评估、防护服织物性能优化等提供基础数据。

关键词

个体防护 / 消防员 / 防护服 / 皮肤烧伤 / CFD仿真模拟