失重条件下密闭环境人体热舒适机理研究

Human physiology is changed in weightlessness environment, which lead to physiology thermoregulation changed.There are significant differences between weightlessness environment to build environment for thermal comfort. This research aimed at several key factors which affecting human body thermal comfort and contraposed the characteristic of the change on human physiology in weightlessness hermetic environment. Using physiology, heat and mass transfer and computational fluid dynamics, physiology thermoregulation and thermal comfort are researched in weightlessness environment. The effect of weightlessness environment on physiology thermoregulation are studied, and the model of physiology thermoregulation in weightlessness environment is founded. The effect of temperature, air velocity, humidity and radiation on thermal comfort are discovered by simulation method of coupled thermoregulation model and CFD model. Understanding the process that the human body having thermal response on weightlessness environment and the thermoregulation discipline deeply. The tradition thermal comfort indexs are discussed in weightlessness environment, thermal comfort mechanism are further researched. The thermal comfort index in weightlessness environment is proposed. This study can be abundant and improved the thermal comfort theory, and it is significant for safeguard human health and enhanced human-machine efficacy.

航天员在失重环境中受力情况发生改变，由此继发的人体生理适应性变化导致人体生理热调节过程发生改变，故其热舒适状态与建筑环境热舒适性存在显著差异。本项研究瞄准影响人体热舒适的几种关键因素，针对失重条件下密闭环境内人体生理变化的特点，借助人体生理学、传热传质学、计算流体力学等相关理论研究失重条件下人体生理热反应与人体热舒适性，分析航天员在失重条件下人体生理变化及人体生理热调节机理，建立失重条件下人体生理热调节模型；应用人体生理热调节模型与CFD技术耦合计算方法，根据热平衡规律，掌握温度、风速、湿度和辐射等参数对人体热舒适的影响规律，明晰人体与环境之间的换热过程；探讨传统热舒适指标在失重条件下密闭环境的适用性，深化对失重条件下人体热舒适机理的认识，提出失重条件下密闭环境内人体热舒适评价指标和方法。本项目研究对丰富和完善人体热舒适性理论，保护航天员生命健康和提高人机功效具有重要的意义。

随着人类航天技术的快速发展，载人航天已经不再局限于近地轨道，而是向着更深的空间发展。为了满足科考、开发宇宙空间的要求，载人航天的时间也会越来与长、同期航天飞行的航天员人数也逐渐增加。在这种背景下，如何保证航天员在长时间内健康地生活、高效安全地工作，已成为载人航天的一项关键问题。.失重环境使得人体内部流体静压消失，导致人体心血管循环系统功能出现一系列适应性变化，如血液重分布、体液流失等。人体心血管系统与热调节系统关系密切，因此在失重条件下人体的热调节功能也会出现变化，进而导致人体热舒适随之改变。为了研究失重条件下人体热舒适的机理，在matlab/simulink平台上，建立了适用于失重条件的人体心血管循环系统仿真模型，并验证此模型的准确性。在此基础上，基于CFD建立基于CFD的人体热舒适预测模型。并应用人体生理热调节模型与CFD技术耦合计算方法，研究人体与环境之间的换热过程、得出失重条件下人体热舒适的温湿度范围。同时，借助-6°头低位卧床模拟失重实验，在60组不同的环境下测试人体皮肤温度变化、出汗变化、心率变异性等生理参数，研究人体在失重条件下的热调节机理，提出基于心率变异性的、适用于失重条件的人体热舒适评价指标和方法。.研究证明，失重条件下人体热舒适的温湿度区间与ASHRAE55所提出的热舒适区间有所差异，并且失重条件下人体平均皮肤温度异于正常重力下的值、头-小腿温度梯度增加、出汗率降低、出汗温度阈值上升，这些现象均意味着人体热调节功能的改变。最后通过实验还提出了基于心率变异性的热舒适评价指标（LF/HF）。 .研究失重时人体舒适的机理是保证载人航天的关键内容之一。借助本项目的结论，可以初步界定失重时处于静息状态下人体感觉舒适的温湿度区间，这对于航天器或空间站生保系统的设计具有指导意义。此外，本项目的研究结果还为保证航天员健康和提高人机工效，以及失重条件下封闭热环境的优化控制提供了依据。