项德海武警杭州士官学校军械系装备器材教研室

某防暴头盔内置制冷垫制冷过程的数值模拟

项德海
武警杭州士官学校军械系装备器材教研室

以经典Pennes生物传热方程作为控制方程，在头部几何模型的基础上，利用ANSYS-Fluent软件建立了“人体头部-制冷凉垫”的二维数值传热模型，仿真出了310K（37℃）条件下人体头部稳态温度场分布。结果表明：该头盔内置制冷凉垫可有效降低制冷垫对应处的皮肤温度，最高降温达2.7K，但对头部皮肤平均温度以及头部深层处温度无显著影响。

制冷垫；温度场；数值模拟

临床医学领域，经常在利用小型制冷装置来进行头部局部创伤治疗和化疗减缓脱发，如张亚君等制作了一种可对头部局部温度进行控制的医疗制冷头盔，能满足一定的医学制冷要求。受此启发，本文研制出了一种内嵌于武警某新型防暴头盔的制冷散热凉垫（如图1所示），为了探究该制冷散热凉垫的降温效果，利用流体力学软件ANSYS-Fluent，对该制冷凉垫与人体头部构成的二维稳态温度场进行直观展现。

图1 某新型防暴头盔内置制冷垫

1.热传导方程

人体头部由脑组织、血管、骨骼、皮肤、脑脊液等多个部分有机组成，为了问题研究的方便，借鉴多节点模型对人体组织的划分方式，将头部从外至内简化为皮肤层、骨骼层、脑组织层三个主要部分。选取头部的一个纵向准椭圆切面作为研究对象，分别将椭圆长径设为184mm，短径设为150mm，底边设为82mm。将头部从外至内简化为皮肤层、骨骼层以及脑组织层三层结构，皮肤层和骨骼层的厚度分别设置为2mm、12mm，其余区域按脑组织层处理。……