[发明专利]一种运动着装人体热生理仿真方法

说明书

本发明公开了一种运动着装人体热生理仿真方法，该方法步骤包括：初始化人体、服装、环境变量和边界参数；仿真计算人体的生理信号、生理调节参数和热生理状态数值，按照时间步长迭代计算；按照服装内表层和人体的不同的接触状态，设定内层织物的边界条件，根据多层织物的热湿仿真模型在时间步长和织物厚度方向上进行迭代仿真计算；求解纤维湿度吸附模型，求解织物的每个厚度步长的水蒸气、液态水质量守恒方程、热量守恒方程；更新织物边界条件参数；仿真计算人体不同部位血流热损失；按照边界模型更新每个部位的边界值；时间达到活动时间则输出仿真结果。本发明综合考虑了人体服装微环境中的服装通风效应，较好地预测运动着装人体的热生理状态。

技术领域

本发明涉及服装仿真技术领域，具体涉及一种运动着装人体热生理仿真方法。

背景技术

运动着装人体的热生理预测问题是一个复杂的问题，在建模中，不仅考虑多节点的人体热生理调节模型、服装动态热湿模型与服装人体边界模型的相互耦合影响，还要考虑到“运动”这一特征。运动着装人体和非运动着装人体热生理调节相比，其生理参数会随着运动进程的推进而发生变化。从衣服的底部到领口是一个具有流通性的整体空间，由于人体、服装和环境之间具有热湿差，会使得微环境(人体和服装间)中的空气层会进行扩散和排出，从而起到热湿交换作用。运动中，尤其是身着宽松的衣物，可能出现人体和服装间的空气厚度动态变化，从而影响服装的通风效应。这样会导致微环境中的空气层突然的被挤出，在这过程中，同样会带走水分和热量，这也是服装通风效应所引起的。因此，为了更加高效和准确的预测运动中着装人体热生理指标，在现有的着装人体热生理仿真的研究基础上，叠加考虑运动中服装的通风效应影响非常重要。

人体、衣服和环境之间的动态交互和传递都是通过边界微环境进行的，人体服装的边界微环境是指位于人体皮肤与服装内表面之间的衣下空气层，服装开口主要影响人体和服装的边界处的热湿交换，边界模型主要描述人与服装系统之间热湿相互作用，经典模型对着装人体的热生理仿真采用25节点人体热生理模型与多层织物热湿传递模型结合，再通过边界模型定义服装、人体和环境之间的热湿相互作用，而经典模型尚未将服装通风效应考虑进去。

运动过程中，综合考虑服装通风效应的人体-服装-环境的热湿仿真模型，关键问题包含以下两点：(1)在现有模型的基础上，如何在人体皮肤表面层和服装内层的边界条件定义中，综合考虑人体服装通风效应；(2)服装通风效应的物理含义和如何利用数学模型来表示其传热和传湿效应以及热湿传递耦合效应。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种运动着装人体热生理仿真方法，建立考虑服装开口对服装—人体—环境的热湿传递影响的数学模型，并建立计算机仿真模型，最后在确定条件下(输入参数值确定)，输出人体以及服装表面温湿度的变化结果，综合考虑了人体服装微环境中可能产生的服装通风效应，解决了运动着装人体，尤其身着宽松服装或者开口服装进行运动的人体在运动过程中由于服装通风效应对人体-服装系统中热湿传递影响。

本发明的第二目的在于提供一种运动着装人体热生理仿真系统。

本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种运动着装人体热生理仿真方法，包括下述步骤：

初始化人体、服装和环境变量；

针对每个活动开始时刻，对每个人体部位初始化边界参数；

针对人体的每个部位，人体热生理调节模型仿真计算人体生理信号、人体生理调节参数、人体的热生理状态数值，按照时间步长迭代计算；

按照服装内表层和人体的不同的接触状态，设定内层织物的边界条件，根据多层织物的热湿仿真模型在时间步长和织物厚度方向上同时进行迭代仿真计算；