ارائه شاخص جدید ارزیابی آسایش حرارتی مبتنی بر اصول انتقال حرارت غیر فوریه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بیرجند، عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه بیرجند

چکیده

در سال‌های اخیر، محققان زیادی به دنبال ارائه پیش‌بینی صحیحی از احساس حرارتی افراد در شرایط محیطی مختلف بوده‌اند. به این منظور بدن به صورت‌های مختلفی مدل‌سازی شده است. این مدل‌ها شاخص‌هایی را برای ارزیابی احساس حرارتی بر مبنای دمای قسمت‌های مختلف بدن ارائه می‌دهند. در تمامی مدل‌های ارائه‌شده تاکنون جزئیات نحوه‌ی مدل‌سازی فرآیند انتقال حرارت موردتوجه قرار نگرفته است؛ ولی ازآنجایی‌که بافت‌های زنده دارای ساختاری پیچیده و ناهمگن می‌باشند، توصیف نحوه‌ی انتقال حرارت در این‌گونه بافت‌ها به کمک مبانی انتقال حرارت غیر فوریه‌ای حائز اهمیت به نظر می‌رسد. در مدل مورد استفاده در این تحقیق، توزیع دما در محل حسگرهای حرارتی پوست به کمک معادله انتقال حرارت غیر فوریه‌ای به دست می‌آید، سپس شاخص احساس حرارتی با استفاده از دما و مشتق آن در محل حسگرها مطابق با استاندارد آسایش حرارتی با کمک اعدادی در بازه 5+ تا 5- بیان می‌شود. شاخص ارزیابی آسایش حرارتی با نتایج تجربی و تحلیلی مختلف در شرایط پایا و گذرا مورد اعتبار سنجی قرار گرفت و در هر دو شرایط گذرا و پایا نتایج خوبی حاصل شد. نتایج نشان می‌دهد که شاخص جدید می‌تواند در موارد پایا با دقت 32/0 واحد و در موارد گذرا با دقت 49/0 واحد احساس حرارتی را پیش‌بینی نماید. از آن جاییکه شاخص جدید بر مبنای مفاهیم انتقال حرارت غیر فوریه‌ای بیان‌شده می‌تواند پیش‌بینی صحیحی از احساس حرارتی در شرایط تغییر دمای ناگهانی یا تغییرات نقطه‌ای و پالسی همانند کاربردهای لیزر در درمان بافت‌های زنده داشته باشد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Introducing a new index for evaluating thermal sensation based on the principles of non-Fourier heat transfer

نویسندگان [English]

  • Alireza Zolfaghari 1
  • Hanieh Bijari 2
1 University of Birjand
2 Department of Mechanical Engineering, University of Birjand
چکیده [English]

In recent years, the modeling of human thermal sensation based on thermoreceptors response has attracted the attention of many researchers. However, the biological tissues does not usually follow the principles of Fourier heat transfer. So, the present research aims to develop a new predictive index for a thermal comfort model based on cutaneous thermoreceptors achieved by using non-Fourier heat transfer in biological tissue. The mentioned index is in conformity with the ASHRAE standard thermal sensation scale. The present model considers the concept of non-Fourier heat transfer to describe heat transfer in biological tissue. Since biological tissues consist of complicated and nonhomogeneous structure, it is important to describe the process of heat transfer in these tissues by non-Fourier heat transfer equation. The new index has been verified by extensive comparisons with the experimental and analytical results under steady-state and transient conditions where a good agreement was found. Results show that the new index can predict the thermal sensation with mean absolute errors of 0.32 and 0.49 under steady-state and transient conditions, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal comfort model
  • cutaneous thermoreceptors
  • thermal response index
  • Non-Fourier heat transfer