一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，其中所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊用于提供所述皮膚?服裝?環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的火災(zāi)熱輻射環(huán)境；所述皮膚?服裝?環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型用于輸出火災(zāi)熱輻射暴露下人員著裝時的皮膚溫度分布；所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊用于輸出所述皮膚?服裝?環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型輸出的皮膚溫度分布數(shù)據(jù)；所述皮膚燒傷預(yù)測模塊根據(jù)皮膚溫度分布數(shù)據(jù)預(yù)測人體的皮膚燒傷等級，計算獲取全身燒傷面積比；所述死亡風(fēng)險評估模塊評估人員暴露于火災(zāi)熱輻射環(huán)境中的死亡概率。本發(fā)明解決了火災(zāi)熱輻射環(huán)境中人員安全狀況和死亡風(fēng)險預(yù)測的需求，為事故救援和人員防護提供了一定的借鑒意義。
【專利說明】
-種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于一種火災(zāi)環(huán)境下人體的安全評估系統(tǒng)，特別是一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒 傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 火災(zāi)環(huán)境中，被困人員和救援人員暴露于高福射和火焰等災(zāi)害環(huán)境中，經(jīng)常出現(xiàn) 皮膚燒傷等危害。在高溫?zé)岣Ｉ淝闆r下熱量將從環(huán)境中穿過防護服，傳遞到皮膚表面，皮膚 溫度升高出現(xiàn)燒傷的危險。當人體持續(xù)暴露于外部熱福射時，局部皮膚溫度升高到一定程 度后引起損害和損傷，發(fā)生皮膚燒傷，嚴重情況下導(dǎo)致死亡危險。
[0003] 皮膚燒傷一般發(fā)生在皮膚溫度高于44 °C的情況下。燒傷是對人體皮膚的破壞性損 害，一般不能進行真人皮膚燒傷實驗。美國火災(zāi)保護工程師協(xié)會根據(jù)相關(guān)文獻和數(shù)據(jù)得出 了皮膚感受到疼痛時間和受到熱福射的皮膚起水泡時間。
[0004] 公開的一種消防員灼傷預(yù)警的方法（申請?zhí)枺?01410781366.7)，通過測量火災(zāi)環(huán) 境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量，W及消防員身體各部位當前的皮膚溫度，作為輸入?yún)?shù)， 實時輸入到建立的灼傷預(yù)警模型軟件中，根據(jù)模型預(yù)測出的人體皮膚溫度生理參數(shù)的變化 曲線，最后預(yù)測出皮膚燒傷時間，給消防員及時預(yù)警。
[0005] 申請?zhí)枮?01410781366.7的專利需要通過測量火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱 流通量。測量火災(zāi)環(huán)境中火災(zāi)防護服表面的熱流通量在實際火場環(huán)境下很難實現(xiàn)，不具備 較強的實用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系 統(tǒng)，其包括火災(zāi)場景構(gòu)建模塊、皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型、皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊、皮 膚燒傷預(yù)測模塊、死亡風(fēng)險評估模塊；
[0007] 其中所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊用于提供所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的 火災(zāi)熱福射環(huán)境，所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱福射環(huán)境參數(shù)通過計算流體 力學(xué)模擬計算或燃燒假人火焰暴露實驗測量獲得；
[000引所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型用于提供皮膚、服裝、環(huán)境之間熱濕交換過程， 并輸出火災(zāi)熱福射暴露下人員著裝時的皮膚溫度分布；
[0009] 所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊用于輸出所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型輸出的 皮膚溫度分布數(shù)據(jù)；
[0010] 所述皮膚燒傷預(yù)測模塊根據(jù)所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊輸出的皮膚溫度分布數(shù) 據(jù)預(yù)測人體的皮膚燒傷等級，計算獲取全身燒傷面積比；
[0011] 所述死亡風(fēng)險評估模塊根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的人體的皮膚燒傷等級、 全身燒傷面積比來評估人員暴露于火災(zāi)熱福射環(huán)境中的死亡概率。
[0012] 較佳地，所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊的構(gòu)建方法包括：
[0013] 通過搭建燃燒假人艙，將測量的服裝穿著在燃燒假人上，然后暴露于設(shè)定的火場 環(huán)境參數(shù)下的模擬火場，測量服裝外表面的熱福射通量，其中所述火場環(huán)境參數(shù)根據(jù)所述 皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱福射環(huán)境參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建火災(zāi)場景將人體分為16個 部分，包括頭部、胸部、胃部、背部，左前臂、右前臂、左小臂、右小臂、左手、右手、左大腿、右 大腿、左小腿、右小腿、左腳和右腳。
[0014] 較佳地，所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型包括皮膚模塊、服裝模塊W及環(huán)境模 塊；
[0015] 其中所述皮膚模塊模擬皮膚中血液循環(huán)、水分蒸發(fā)和擴散的過程，將皮膚分為表 皮層、真皮層和皮下=部分組織構(gòu)成，各層的物性參數(shù)保持不變，=層皮膚中都存在水分的 擴散和代謝產(chǎn)熱，所述真皮層和皮下有血液循環(huán)換熱，表皮層無血液循環(huán)，水分蒸發(fā)發(fā)生在 表皮層外表面上；
[0016] 所述服裝模塊用于模擬分析服裝織物層之間蒸發(fā)、冷凝、吸附和解吸相變傳熱傳 質(zhì)過程，氣相和液相在縫隙內(nèi)的對流和擴散過程，W及傳導(dǎo)、對流和福射過程；
[0017] 所述環(huán)境模塊輸入火災(zāi)場景構(gòu)建模塊獲取的火場環(huán)境參數(shù)，將其作為服裝模塊的 邊界條件，用于輸出皮膚溫度分布數(shù)據(jù)。
[0018] 較佳地，所述皮膚燒傷預(yù)測模塊通過無綱量燒傷參數(shù)Q來判斷燒傷等級，其根據(jù) 燒傷導(dǎo)致皮膚損害到達的深度，將燒傷嚴重程度分為=級:一度燒傷僅傷及表皮層;二度燒 傷發(fā)生在真皮層，為50-100WI1深度處;=度燒傷是表皮層和真皮層完全損傷W及皮下組織 部分發(fā)生了損傷，在1000-2000WI1深度處；
[0019] 其中燒傷參數(shù)Q根據(jù)皮膚溫度T的分布來計算：
[0020] (1)
[00別]式中A E是活化能，值為6.27 X lOSJ/kmol; P是指前因子，值為3.1 X 1098S-1; R是理 想氣體常數(shù);將公式(1)對時間t進行積分，計算得到燒傷參數(shù)Q ;該積分的計算需要根據(jù)溫 度隨時間在特定深度處的梯度變化情況，選取表皮層或真皮層的基質(zhì)層處的溫度值作為研 究基準值;表皮層的基質(zhì)層求解得到的Q達到0.53和1.0時，分別對應(yīng)一度、二度燒傷;真皮 層的基質(zhì)層求解得到的Q達到1.0時，對應(yīng)=度燒傷。
[0022]較佳地，所述死亡風(fēng)險評估模塊根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的身體各部分的 燒傷等繡.評化死廣網(wǎng)騰.具體通過W下公式獲得死亡風(fēng)險值：
[002；3]
。）
[0024] X = -7.575+0.07184XAG 化 0.1135XTBSA (2)
[0025] 其中Rdea化是死亡概率。X是評價參數(shù)，TBSA是身體燒傷面積比，通過所述皮膚燒傷 預(yù)測模塊獲得，AGE是年齡。
[00%]本發(fā)明還提供了一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估方法，其包括W下步驟；
[0027]構(gòu)建火災(zāi)場景構(gòu)建模塊，所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊用于提供皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳 質(zhì)模型所需的火災(zāi)熱福射環(huán)境，所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱福射環(huán)境參數(shù) 通過計算流體力學(xué)模擬計算或燃燒假人火焰暴露實驗測量獲得；
[0028] 構(gòu)建皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型，其用于提供皮膚、服裝、環(huán)境之間熱濕交換過 程，并輸出火災(zāi)熱福射暴露下人員著裝時的皮膚溫度分布；
[0029] 構(gòu)建皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊，其用于輸出所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型輸出 的皮膚溫度分布數(shù)據(jù)；
[0030] 構(gòu)建皮膚燒傷預(yù)測模塊，其根據(jù)所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊輸出的皮膚溫度分布 數(shù)據(jù)預(yù)測人體的皮膚燒傷等級，計算獲取全身燒傷面積比；
[0031] 構(gòu)建死亡風(fēng)險評估模塊，其根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的人體的皮膚燒傷等 級、全身燒傷面積比來評估人員暴露于火災(zāi)熱福射環(huán)境中的死亡概率。
[0032] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0033] 本發(fā)明提供的火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，通過構(gòu)建模擬真實火災(zāi)場 景，通過皮膚傳熱模型與多層防護服的傳熱模型聯(lián)合求解皮膚實時的溫度分布，預(yù)測熱福 射暴露下著裝人員的燒傷等級，根據(jù)皮膚燒傷的面積比來計算死亡風(fēng)險，來準確預(yù)測火災(zāi) 環(huán)境下人員的熱安全性，解決了火災(zāi)熱福射環(huán)境中人員安全狀況和死亡風(fēng)險預(yù)測的需求， 為事故救援和人員防護提供了一定的借鑒意義。
[0034] 當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到W上所述的所有優(yōu)點。
【附圖說明】
[0035] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述所需要使用的 附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)運些附圖獲得其他的附 圖。
[0036] 圖1為本發(fā)明實施例提供的火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)示意圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明實施例提供的人體皮膚幾何結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖3為本發(fā)明實施例提供的火災(zāi)暴露下皮膚表皮層的溫度預(yù)測圖；
[0039] 圖4為本發(fā)明實施例提供的消防員暴露于燃燒假人實驗火災(zāi)場景的死亡風(fēng)險預(yù)測 圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0041] 如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，其 包括火災(zāi)場景構(gòu)建模塊、皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型、皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊、皮膚燒傷 預(yù)測模塊、死亡風(fēng)險評估模塊；
[0042] 其中所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊用于提供所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的 火災(zāi)熱福射環(huán)境，所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱福射環(huán)境參數(shù)通過計算流體 力學(xué)模擬計算或燃燒假人火焰暴露實驗測量獲得；
[0043] 所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型用于提供皮膚、服裝、環(huán)境之間熱濕交換過程， 并輸出火災(zāi)熱福射暴露下人員著裝時的皮膚溫度分布；
[0044] 所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊用于輸出所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型輸出的 皮膚溫度分布數(shù)據(jù)；
[0045] 所述皮膚燒傷預(yù)測模塊根據(jù)所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊輸出的皮膚溫度分布數(shù) 據(jù)預(yù)測人體的皮膚燒傷等級，計算獲取全身燒傷面積比；
[0046] 所述死亡風(fēng)險評估模塊根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的人體的皮膚燒傷等級、 全身燒傷面積比來評估人員暴露于火災(zāi)熱福射環(huán)境中的死亡概率。
[0047] 其中所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊的構(gòu)建方法包括：
[0048] 通過搭建燃燒假人艙，將測量的服裝穿著在燃燒假人上，然后暴露于設(shè)定的火場 環(huán)境參數(shù)下的模擬火場，測量服裝外表面的熱福射通量，其中所述火場環(huán)境參數(shù)根據(jù)所述 皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱福射環(huán)境參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建火災(zāi)場景將人體分為16個 部分，包括頭部、胸部、胃部、背部，左前臂、右前臂、左小臂、右小臂、左手、右手、左大腿、右 大腿、左小腿、右小腿、左腳和右腳。
[0049] 本實施例中所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型包括皮膚模塊、服裝模塊W及環(huán)境 模塊；
[0050] 其中所述皮膚模塊模擬皮膚中血液循環(huán)、水分蒸發(fā)和擴散的過程，如圖2所示將皮 膚分為表皮層、真皮層和皮下=部分組織構(gòu)成，各層的物性參數(shù)保持不變，=層皮膚中都存 在水分的擴散和代謝產(chǎn)熱，所述真皮層和皮下有血液循環(huán)換熱，表皮層無血液循環(huán)，水分蒸 發(fā)發(fā)生在表皮層外表面上；
[0051] 所述服裝模塊用于模擬分析服裝織物層之間蒸發(fā)、冷凝、吸附和解吸相變傳熱傳 質(zhì)過程，氣相和液相在縫隙內(nèi)的對流和擴散過程，W及傳導(dǎo)、對流和福射過程；
[0052] 所述環(huán)境模塊輸入火災(zāi)場景構(gòu)建模塊獲取的火場環(huán)境參數(shù)，將其作為服裝模塊的 邊界條件，用于輸出皮膚溫度分布數(shù)據(jù)，如圖3所示為模擬火災(zāi)環(huán)境下皮膚表皮層的溫度預(yù) 測圖。
[0053] 其中所述皮膚燒傷預(yù)測模塊通過無綱量燒傷參數(shù)Q來判斷燒傷等級，其根據(jù)燒傷 導(dǎo)致皮膚損害到達的深度，將燒傷嚴重程度分為=級:一度燒傷僅傷及表皮層;二度燒傷發(fā) 生在真皮層，為50-100WI1深度處;=度燒傷是表皮層和真皮層完全損傷W及皮下組織部分 發(fā)生了損傷，在1000-2000WI1深度處；
[0化4] 巧中燒傷參敬Q報據(jù)巧膚溫度T的分布來計算：
[0化5] (1)
[0056] 式中A E是活化能，值為6.27 X lOSJ/kmol;P是指前因子，值為3.1 X 1098S-1;R是理 想氣體常數(shù);將公式(1)對時間t進行積分，計算得到燒傷參數(shù)Q ;該積分的計算需要根據(jù)溫 度隨時間在特定深度處的梯度變化情況，選取表皮層或真皮層的基質(zhì)層處的溫度值作為研 究基準值;表皮層的基質(zhì)層求解得到的Q達到0.53和1.0時，分別對應(yīng)一度、二度燒傷;真皮 層的基質(zhì)層求解得到的Q達到1.0時，對應(yīng)=度燒傷。
[0057] 所述死亡風(fēng)險評估模塊根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的身體各部分的燒傷等 級，評估死亡風(fēng)險，具體通過W下公式獲得死亡風(fēng)險值：
[005引
。）
[0059] X = -7.575+0.07184XAG 化 0.1135XTBSA (2)
[0060] 其中Rdea化是死亡概率。X是評價參數(shù)，TBSA是身體燒傷面積比，通過所述皮膚燒傷 預(yù)測模塊獲得，ACiE是年齡。如圖4所示，是本實施例提供的計算消防員暴露于燃燒假人實驗 火災(zāi)場景的死亡風(fēng)險預(yù)測圖，該消防員年齡為22-28周歲。
[0061] 本發(fā)明實施例還提供了一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估方法，其包括W下 步驟；
[0062] 構(gòu)建火災(zāi)場景構(gòu)建模塊，所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊用于提供皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳 質(zhì)模型所需的火災(zāi)熱福射環(huán)境，所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱福射環(huán)境參數(shù) 通過計算流體力學(xué)模擬計算或燃燒假人火焰暴露實驗測量獲得；
[0063] 構(gòu)建皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型，其用于提供皮膚、服裝、環(huán)境之間熱濕交換過 程，并輸出火災(zāi)熱福射暴露下人員著裝時的皮膚溫度分布；
[0064] 構(gòu)建皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊，其用于輸出所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型輸出 的皮膚溫度分布數(shù)據(jù)；
[0065] 構(gòu)建皮膚燒傷預(yù)測模塊，其根據(jù)所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊輸出的皮膚溫度分布 數(shù)據(jù)預(yù)測人體的皮膚燒傷等級，計算獲取全身燒傷面積比；
[0066] 構(gòu)建死亡風(fēng)險評估模塊，其根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的人體的皮膚燒傷等 級、全身燒傷面積比來評估人員暴露于火災(zāi)熱福射環(huán)境中的死亡概率。
[0067] 本發(fā)明提供的火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)及方法，通過構(gòu)建模擬真實 火災(zāi)場景，通過皮膚傳熱模型與多層防護服的傳熱模型聯(lián)合求解皮膚實時的溫度分布，預(yù) 測熱福射暴露下著裝人員的燒傷等級，根據(jù)皮膚燒傷的面積比來計算死亡風(fēng)險，來準確預(yù) 測火災(zāi)環(huán)境下人員的熱安全性，解決了火災(zāi)熱福射環(huán)境中人員安全狀況和死亡風(fēng)險預(yù)測的 需求，為事故救援和人員防護提供了一定的借鑒意義。
[0068] W上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡 敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的【具體實施方式】。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容， 可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述運些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明 的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅 受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【主權(quán)項】
1. 一種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，其特征在于，包括火災(zāi)場景構(gòu)建模塊、 皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型、皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊、皮膚燒傷預(yù)測模塊、死亡風(fēng)險評估 豐旲塊； 其中所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊用于提供所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的火災(zāi) 熱輻射環(huán)境，所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱輻射環(huán)境參數(shù)通過計算流體力學(xué) 模擬計算或燃燒假人火焰暴露實驗測量獲得； 所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型用于提供皮膚、服裝、環(huán)境之間熱濕交換過程，并輸 出火災(zāi)熱輻射暴露下人員著裝時的皮膚溫度分布； 所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊用于輸出所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型輸出的皮膚 溫度分布數(shù)據(jù)； 所述皮膚燒傷預(yù)測模塊根據(jù)所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊輸出的皮膚溫度分布數(shù)據(jù)預(yù) 測人體的皮膚燒傷等級，計算獲取全身燒傷面積比； 所述死亡風(fēng)險評估模塊根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的人體的皮膚燒傷等級、全身 燒傷面積比來評估人員暴露于火災(zāi)熱輻射環(huán)境中的死亡概率。2. 如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，其特征在于，所述火災(zāi) 場景構(gòu)建模塊的構(gòu)建方法包括： 通過搭建燃燒假人艙，將測量的服裝穿著在燃燒假人上，然后暴露于設(shè)定的火場環(huán)境 參數(shù)下的模擬火場，測量服裝外表面的熱輻射通量，其中所述火場環(huán)境參數(shù)根據(jù)所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱輻射環(huán)境參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建火災(zāi)場景將人體分為16個部分， 包括頭部、胸部、胃部、背部，左前臂、右前臂、左小臂、右小臂、左手、右手、左大腿、右大腿、 左小腿、右小腿、左腳和右腳。3. 如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，其特征在于，所述皮 膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型包括皮膚模塊、服裝模塊以及環(huán)境模塊； 其中所述皮膚模塊模擬皮膚中血液循環(huán)、水分蒸發(fā)和擴散的過程，將皮膚分為表皮層、 真皮層和皮下三部分組織構(gòu)成，各層的物性參數(shù)保持不變，三層皮膚中都存在水分的擴散 和代謝產(chǎn)熱，所述真皮層和皮下有血液循環(huán)換熱，表皮層無血液循環(huán)，水分蒸發(fā)發(fā)生在表皮 層外表面上； 所述服裝模塊用于模擬分析服裝織物層之間蒸發(fā)、冷凝、吸附和解吸相變傳熱傳質(zhì)過 程，氣相和液相在縫隙內(nèi)的對流和擴散過程，以及傳導(dǎo)、對流和輻射過程； 所述環(huán)境模塊輸入火災(zāi)場景構(gòu)建模塊獲取的火場環(huán)境參數(shù)，將其作為服裝模塊的邊界 條件，用于輸出皮膚溫度分布數(shù)據(jù)。4. 如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，其特征在于，所述皮膚 燒傷預(yù)測模塊通過無綱量燒傷參數(shù)Ω來判斷燒傷等級，其根據(jù)燒傷導(dǎo)致皮膚損害到達的深 度，將燒傷嚴重程度分為三級:一度燒傷僅傷及表皮層;二度燒傷發(fā)生在真皮層，為50-100μ m深度處；三度燒傷是表皮層和真皮層完全損傷以及皮下組織部分發(fā)生了損傷，在1000-2000μηι深度處； 其中燒傷參數(shù)Ω根據(jù)皮膚溫度Τ的分布來計算： (1) 式中A E是活化能，值為6.27 X 108J/kmo 1; P是指前因子，值為3.1 X 10988+1; R是理想氣 體常數(shù);將公式（1)對時間t進行積分，計算得到燒傷參數(shù)Ω ;該積分的計算需要根據(jù)溫度隨 時間在特定深度處的梯度變化情況，選取表皮層或真皮層的基質(zhì)層處的溫度值作為研究基 準值;表皮層的基質(zhì)層求解得到的Ω達到0.53和1.0時，分別對應(yīng)一度、二度燒傷;真皮層的 基質(zhì)層求解得到的Ω達到1.0時，對應(yīng)三度燒傷。5. 如權(quán)利要求1所述的火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估系統(tǒng)，其特征在于，所述死亡 風(fēng)險評估模塊根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的身體各部分的燒傷等級，評估死亡風(fēng)險， 具體通過以下公式獲得死亡風(fēng)險值：(1) X = -7.575+0.07184XAGE+0.1135 XTBSA (2) 其中Rdeath是死亡概率。X是評價參數(shù)，TBSA是身體燒傷面積比，通過所述皮膚燒傷預(yù)測 模塊獲得，AGE是年齡。6. -種火災(zāi)環(huán)境中人體燒傷死亡風(fēng)險評估方法，其特征在于，包括以下步驟； 構(gòu)建火災(zāi)場景構(gòu)建模塊，所述火災(zāi)場景構(gòu)建模塊用于提供皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模 型所需的火災(zāi)熱輻射環(huán)境，所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型所需的熱輻射環(huán)境參數(shù)通過 計算流體力學(xué)模擬計算或燃燒假人火焰暴露實驗測量獲得； 構(gòu)建皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型，其用于提供皮膚、服裝、環(huán)境之間熱濕交換過程， 并輸出火災(zāi)熱輻射暴露下人員著裝時的皮膚溫度分布； 構(gòu)建皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊，其用于輸出所述皮膚-服裝-環(huán)境傳熱傳質(zhì)模型輸出的皮 膚溫度分布數(shù)據(jù)； 構(gòu)建皮膚燒傷預(yù)測模塊，其根據(jù)所述皮膚溫度數(shù)據(jù)輸出模塊輸出的皮膚溫度分布數(shù)據(jù) 預(yù)測人體的皮膚燒傷等級，計算獲取全身燒傷面積比； 構(gòu)建死亡風(fēng)險評估模塊，其根據(jù)所述皮膚燒傷預(yù)測模塊獲得的人體的皮膚燒傷等級、 全身燒傷面積比來評估人員暴露于火災(zāi)熱輻射環(huán)境中的死亡概率。
【文檔編號】G06F19/00GK105956288SQ201610298559
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】付明, 吳征威, 王道亮, 李祥東, 許令順, 關(guān)勁夫, 錢益武, 王偉, 隨文杰
【申請人】清華大學(xué)合肥公共安全研究院, 安徽澤眾安全科技有限公司