ارتقاي ساختار مدل آسايش حرارتي مبتني بر پاسخ حسگرهاي حرارتي پوست با استفاده از معادله انتقال حرارت غير فوريه اي

Developing the thermal comfort model based on cutaneous thermoreceptors response using non-Fourier heat transfer

در تحقيق حاضر يك مدل آسايش حرارتي جديد مبتني بر حسگرهاي حرارتي پوست به كمك مباني انتقال حرارت غير فوريه‌اي در بافت‌هاي زنده توسعه داده‌شده است. اين مدل جديد مفاهيم سرعت محدود انتشار اغتشاشات دمايي را با كمك معادلات غير فوريه‌اي در نظر مي‌گيرد. توصيف انتقال حرارت در بافت‌هاي زنده به دليل دارا بودن ساختاري پيچيده و ناهمگن با ساير مواد متفاوت مي‌باشد. مدل انتقال حرارت زيستي تأخير فاز دوگانه كه شامل دو جمله تأخير زماني مي‌باشد، نمونه‌اي از انتقال حرارت غير فوريه‌اي در بافت‌هاي زنده است. در اين تحقيق، از اين مدل براي تعيين توزيع دما در محل حسگرهاي حرارتي پوست استفاده شده است. مدل جديد آسايش حرارتي با مقايسه نتايج تجربي موجود اعتبار سنجي گرديد و نتايج خوبي حاصل شد. از آنجايي‌كه پاسخ حرارتي حسگرهاي پوستي بدن به دما و نرخ تغييرات آن در محل حسگرها وابسته است، پيش‌بيني صحيح اين مؤلفه‌ها بسيار حائز اهميت به نظر مي‌رسد. در اين مقاله ضمن بهبود مدل‌هاي پيشين، تأثير انتقال حرارت غير فوريه‌اي بر مشتق دما نيز مورد بررسي و تحليل قرار گرفته‌است. نتايج نشان مي‌دهد وجود تأخيرهاي فاز دوگانه تأثير بسزايي در نرخ تغيير دما و در نتيجه پاسخ حرارتي حسگرهاي بدن دارد.

This paper develops a new thermal comfort model based on cutaneous thermoreceptors achieved by using non-Fourier heat transfer in biological tissue. The new model considers the concept of finite propagation speed of thermal disturbance by using non-Fourier equations. Since biological tissues consist of complicated and nonhomogeneous structure, the heat process is different from other materials. The dual phase lag (DPL) model of bio-heat transfer that describes two time relaxations is a case of non-Fourier heat transfer application in biological tissue. We use this model to find temperature distribution at the depth of thermoreceptors. The new thermal comfort model has been verified by comparisons with experimental data where has a good agreement. As thermal response of the human cutaneous thermoreceptors depends on temperature and its change rate at the depth of thermoreceptors therefore, it is very important to estimate these parameters with a good accuracy. In this paper, the previous models improved and effect of non-Fourier heat transfer on temperature derivative is investigated. It is found that the DPL model has an immense effect on change rate of temperature and thermal response of cutaneous thermoreceptors.