Human body acts as a heat engine an

Human body acts as a heat engine and thermodynamically could be considered as an open system. The energy and mass for the human body’s vital processes are taken from external sources (food, liquids) and then exchanged with the environment. These exchange mechanisms are of great importance, since they define the thermal sensation, i.e. thermal comfort. Therefore, the pathway of energy, mass, and the transformations associated with their generation leading to an exchange with the environment should be considered. Thermal models of the human body and its interaction with the surrounding thermal environment have been available for more than 30 years. These models range from simple one-dimensional, steady-state simulations to complex, transient finite element models [1], [2], [3], [4] and [5]. The main similarity of most models is the application of energy balance to a simulated human body (based on the 1st law of thermodynamics) and the use of energy exchange mechanisms. The models differ mainly in the physiological response models and in the criteria used to predict thermal sensation [6] and [7].

In this paper a different approach is presented, namely an analysis based on the 2nd law of thermodynamics. Every energy transfer and conversion is accompanied by an exergy transfer and conversion. Energy is conservative in its transfer and conversion process (1st law of thermodynamics: nothing disappears), while exergy is known to be non-conservative due to the irreversibility of its transfer process (2nd law of thermodynamics: everything disperses). As a result, exergy transfer has rules of its own which are different from those of energy transfer. Exergy is only conserved, or in balance, for a reversible process, but is partly consumed in an irreversible process. For a real process the exergy input always exceeds the exergy output; this unbalance is due to irreversibilities and represents exergy destruction or exergy consumption. There are corresponding entropy flows associated with heat and mass flows; combining the energy and entropy balance brings about exergy balance [8], [9] and [10]. One of the objectives of the presented research is to calculate entropy generation or exergy destruction (based on the Gouy–Stodola theorem). The calculation of exergy destruction is usually based on second law analysis, either from the rate of exergy destruction within the relevant control volume, or from the unbalanced rate of exergy input within the control volume [11].

In the case of the human body, exergy is consumed as a consequence of heat and mass transfer and/or conversion. These processes are dependent on the human thermoregulatory system and on the state of the environment. Therefore, the human body generates specific mechanisms of irreversibilities. The purpose of the presented study is to introduce an approach to calculate the rate of exergy destruction within the human body and to identify the magnitude and mechanisms of those irreversibilities.

An example is considered to verify the presented model and it is shown that there is a correlation between the exergy consumption within the human body and the expected level of thermal comfort. Furthermore, the existing methods for comfort assessment could be improved and expanded with the inclusion of exergy analysis.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ร่างกายมนุษย์ทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์ความร้อน และ thermodynamically อาจถือได้ว่าเป็นระบบเปิด พลังงานและมวลสำหรับกระบวนการสำคัญของร่างกายมนุษย์จะมาจากแหล่งภายนอก (อาหาร ของเหลว) แล้ว แลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อม กลไกการแลกเปลี่ยนเหล่านี้เป็นไสย เนื่องจากพวกเขากำหนดความรู้สึกความร้อน ความสะดวกสบายเช่นความร้อน ดังนั้น ทางเดินของพลังงาน มวล และแปลงที่เกี่ยวข้องกับการสร้างที่นำไปสู่การแลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อมที่ควร รูปแบบความร้อนของร่างกายและการโต้ตอบกับความร้อนล้อมได้มีมากกว่า 30 ปี โมเดลเหล่านี้ช่วงจากจำลอง one-dimensional -ท่อนอย่างซับซ้อน ชั่วคราวไนต์รุ่น [1], [2], [3], [4] และ [5] โมเดลส่วนใหญ่เฉพาะหลักเป็นแอพลิเคชันของพลังงานที่จำลองร่างกายมนุษย์ (ตามกฎหมาย 1 ของอุณหพลศาสตร์) และใช้กลไกการแลกเปลี่ยนพลังงาน รูปแบบแตกต่างกันส่วนใหญ่ ในรูปแบบตอบสนองสรีรวิทยา และเกณฑ์ที่ใช้ในการทำนายความรู้สึกร้อน [6] และ [7]ในเอกสารนี้ เป็นแนวทางที่แตกต่างกันนำเสนอ ได้แก่การวิเคราะห์ใน 2 ของอุณหพลศาสตร์ ทุกพลังงานถ่ายโอนและแปลงตามมา ด้วยการโอนย้าย exergy และแปลง พลังงานเป็นหัวเก่าในกระบวนการถ่ายโอนและแปลง (กฎหมาย 1 ของอุณหพลศาสตร์: อะไรหายไป), ขณะ exergy จะอนุรักษนิยมไม่เป็นที่รู้จักกันเนื่องจาก irreversibility ของการโอนย้าย (กฎหมาย 2 ของอุณหพลศาสตร์: ทุก disperses) ดัง โอนย้าย exergy มีกฎของตัวเองซึ่งแตกต่างจากพลังงานถ่ายโอน Exergy เดียวอาศัย หรือ ใน ดุล กระบวนการผันกลับได้ แต่บางส่วนใช้ในกระบวนการให้ กระบวนการจริง exergy อินพุตเสมอมากกว่าผลลัพธ์ exergy อันนี้เนื่องจาก irreversibilities และแสดงปริมาณการใช้ทำลายหรือ exergy exergy อยู่ตรงขั้นตอนเอนโทรปีที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและมวลไหล ยอดดุลของพลังงานและเอนโทรปีรวมเฉลิม exergy ดุล [8], [9] [10] และ หนึ่งในจุดประสงค์ของการวิจัยที่นำเสนอคือการคำนวณสร้าง entropy หรือทำลาย exergy (ตามทฤษฎีบท Gouy – Stodola) การคำนวณ exergy ทำลายมักจะอยู่กับสองกฎหมายวิเคราะห์ จากอัตรา exergy ทำลายภายในปริมาตรควบคุมที่เกี่ยวข้อง หรือ จากอัตราจำนวนของอินพุต exergy ภายในปริมาตรควบคุม [11]ในกรณีที่ร่างกายมนุษย์ exergy มีการบริโภคเป็นลำดับของความร้อน และการถ่ายโอนมวล และ/หรือแปลง กระบวนการเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับระบบ thermoregulatory มนุษย์ และสภาพของสิ่งแวดล้อม ดังนั้น ร่างกายมนุษย์สร้างกลไกเฉพาะของ irreversibilities วัตถุประสงค์ของการศึกษานำเสนอคือการ แนะนำวิธีการคำนวณอัตราการทำลาย exergy ภายในร่างกายมนุษย์ และระบุขนาดและกลไกของเหล่า irreversibilitiesถือว่าเป็นการตรวจสอบแบบจำลองนำเสนอตัวอย่าง และมันแสดงให้เห็นว่า มีความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ exergy ภายในร่างกายมนุษย์และระดับที่คาดไว้ของความร้อน นอกจากนี้ วิธีการที่มีอยู่สำหรับการประเมินจึงสามารถปรับปรุง และขยาย ด้วยการวิเคราะห์ exergy

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ร่างกายมนุษย์ทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์ความร้อนและ thermodynamically อาจถือเป็นระบบเปิด พลังงานและมวลสำหรับกระบวนการที่สำคัญของร่างกายมนุษย์ถูกนำมาจากแหล่งภายนอก (อาหารของเหลว) และแลกแล้วกับสภาพแวดล้อม กลไกการแลกเปลี่ยนเหล่านี้มีความสำคัญมากเนื่องจากพวกเขากำหนดความรู้สึกความร้อนเช่นความสะดวกสบายความร้อน ดังนั้นทางเดินของพลังงานมวลและการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับการชั้นนำรุ่นของพวกเขาเพื่อแลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อมควรได้รับการพิจารณา รูปแบบความร้อนของร่างกายมนุษย์และปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมโดยรอบความร้อนได้รับการบริการมานานกว่า 30 ปี รูปแบบเหล่านี้มีตั้งแต่ง่ายๆมิติ, การจำลองสภาวะที่คงที่ซับซ้อนชั่วคราวแบบจำลององค์ประกอบ จำกัด [1], [2], [3] [4] และ [5] ความคล้ายคลึงกันหลักของแบบจำลองส่วนใหญ่เป็นโปรแกรมของสมดุลพลังงานเพื่อจำลองร่างกายมนุษย์ (ขึ้นอยู่กับกฎหมายของอุณหพลศาสตร์ 1) และการใช้งานของกลไกการแลกเปลี่ยนพลังงาน รูปแบบที่แตกต่างกันส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบการตอบสนองทางสรีรวิทยาและในเกณฑ์ที่ใช้ในการทำนายความรู้สึกความร้อน [6] [7]. ในกระดาษนี้เป็นวิธีการที่แตกต่างกันที่จะนำเสนอคือการวิเคราะห์บนพื้นฐานของกฎหมาย 2 ของอุณหพลศาสตร์ ทุกการถ่ายโอนพลังงานและการแปลงจะมาพร้อมกับการโอน Exergy และการแปลง พลังงานเป็นอนุรักษ์นิยมในการถ่ายโอนและขั้นตอนการแปลง (กฎของอุณหพลศาสตร์ 1: อะไรที่หายไป) ในขณะที่ Exergy เป็นที่รู้จักกันที่ไม่อนุรักษ์นิยมเนื่องจากการกลับไม่ได้ของกระบวนการถ่ายโอน (กฎหมาย 2 ของอุณหพลศาสตร์: ทุกอย่างกระจาย) เป็นผลให้การถ่ายโอน Exergy มีกฎของตัวเองที่มีความแตกต่างจากการถ่ายโอนพลังงาน Exergy เป็นป่าสงวนเท่านั้นหรือในสมดุลสำหรับกระบวนการย้อนกลับได้ แต่มีการบริโภคส่วนหนึ่งในกระบวนการกลับไม่ได้ สำหรับขั้นตอนการป้อนข้อมูลจริง Exergy เสมอเกินกว่าผลผลิต Exergy; ไม่สมดุลนี้เกิดจากการ irreversibilities และแสดงให้เห็นถึงการทำลายหรือการบริโภค Exergy Exergy มีกำลังที่สอดคล้องเอนโทรปีกระแสที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและกระแสมวล; รวมพลังงานและความสมดุลเอนโทรปีนำเกี่ยวกับความสมดุล Exergy [8], [9] และ [10] หนึ่งในวัตถุประสงค์ของการวิจัยที่นำเสนอคือการคำนวณรุ่นเอนโทรปีหรือการทำลาย Exergy (ตามทฤษฎีบท Gouy-Stodola) การคำนวณของการทำลาย Exergy มักจะอยู่บนพื้นฐานของการวิเคราะห์กฎข้อที่สองทั้งจากอัตราการทำลาย Exergy ภายในปริมาณการควบคุมที่เกี่ยวข้องหรือจากอัตราการไม่สมดุลของการป้อน Exergy ภายในปริมาณการควบคุม [11]. ในกรณีของร่างกายมนุษย์ Exergy มีการบริโภคเป็นผลมาจากความร้อนและการถ่ายเทมวลและ / หรือการแปลง กระบวนการเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับระบบการควบคุมอุณหภูมิของมนุษย์และกับสถานะของสภาพแวดล้อม ดังนั้นร่างกายมนุษย์สร้างกลไกที่เฉพาะเจาะจงของ irreversibilities วัตถุประสงค์ของการศึกษาที่นำเสนอคือการแนะนำวิธีการในการคำนวณอัตราการทำลาย Exergy ภายในร่างกายมนุษย์และเพื่อระบุขนาดและกลไกของ irreversibilities เหล่านั้น. ตัวอย่างเช่นมีการพิจารณาในการตรวจสอบรูปแบบที่นำเสนอและมันก็แสดงให้เห็นว่ามีความเป็น ความสัมพันธ์ระหว่างการบริโภค Exergy ภายในร่างกายมนุษย์และคาดว่าระดับของความสะดวกสบายความร้อน นอกจากนี้วิธีการที่มีอยู่สำหรับการประเมินความสะดวกสบายอาจจะดีขึ้นและการขยายตัวโดยรวมของการวิเคราะห์ Exergy

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ร่างกายของมนุษย์ทำหน้าที่เป็นเครื่องยนต์ความร้อนและ thermodynamically อาจจะถือว่าเป็นระบบเปิด มวลและพลังงานในกระบวนการที่สำคัญของร่างกายมนุษย์จะได้รับจากแหล่งภายนอก ( ของเหลวอาหาร ) แล้วแลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อม กลไกการแลกเปลี่ยนเหล่านี้มีความสําคัญมาก เนื่องจากพวกเขา กำหนดความรู้สึกทางความร้อน คือ ความร้อน ความสบาย ดังนั้น ทาง พลังงาน มวลและการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับของรุ่นที่นำไปสู่การแลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อมที่ควรพิจารณา แบบจำลองความร้อนของร่างกายมนุษย์ และการมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมโดยรอบ ความร้อนได้รับการใช้ได้นานกว่า 30 ปี โมเดลเหล่านี้ช่วงจากง่ายซับซ้อนในสถานะคงตัวการจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์แบบชั่วคราว [ 1 ] , [ 2 ] , [ 3 ][ 4 ] และ [ 5 ] ความเหมือนหลักของรูปแบบมากที่สุด คือ การสมดุลของพลังงานในร่างกายมนุษย์ ( จำลองจาก 1 กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ ) และการใช้กลไกการแลกเปลี่ยนพลังงาน โมเดลที่แตกต่างกันส่วนใหญ่ในรูปแบบการตอบสนองทางสรีรวิทยาและเกณฑ์ทำนายสภาวะความรู้สึก [ 6 ] [ 7 ] .

บทความนี้วิธีการที่แตกต่างกันจะแสดงคือการวิเคราะห์ตาม 2 กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ . ทุกการถ่ายโอนพลังงานและการแปลงคือพร้อมโอนราคาและการแปลง พลังงานเป็นอนุรักษ์นิยมในการโอนย้ายและการเปลี่ยนแปลงกระบวนการ ( 1 กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ : ไม่มีอะไรหายไป ) ในขณะที่ราคาเป็นที่รู้จักกันจะไม่หัวโบราณเนื่องจากการต่อกระบวนการการโอนเงิน ( 2 : กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ทุกอย่างกระจาย ) ผลคือ โอนเซอร์มีกฎของมันเอง ซึ่งจะแตกต่างจากการถ่ายโอนพลังงาน เซอร์เป็นป่าสงวน หรือ สมดุล สำหรับกระบวนการที่ผันกลับได้ แต่จะใช้ส่วนหนึ่งในกระบวนการสนับสนุน สำหรับกระบวนการจริงเส้นทางเข้ามักจะเกินราคาผลผลิตนี้ไม่สมดุลเนื่องจาก irreversibilities และแสดงถึงการทำลายหรือการเซอร์เซอร์ . มีเลือดไหลที่เกี่ยวข้องกับกระแสความร้อนและมวล รวมพลังงานและสมดุลเอนโทรปีทำให้เซอร์สมดุล [ 8 ] , [ 9 ] และ [ 10 ]หนึ่งในวัตถุประสงค์ของการวิจัย คือ คำนวณ นำเสนอรุ่นเอนโทรปีหรือทำลาย ( ราคาขึ้นอยู่กับชาวกวย– stodola ทฤษฎีบท ) การคำนวณของการทำลายราคามักจะขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์กฎหมายที่สอง ทั้งจากอัตราการทำลายเส้นทางภายในปริมาตรควบคุมที่เกี่ยวข้อง หรือจากการขาดดุล ซึ่งข้อมูลภายในปริมาตรควบคุมเซอร์ [ 11 ] .

ในกรณีของร่างกายมนุษย์ , เซอร์จะบริโภคเป็นผลของการถ่ายเทมวลและ / หรือการแปลง กระบวนการเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับระบบ thermoregulatory มนุษย์และสภาพสิ่งแวดล้อม ดังนั้น ร่างกายของมนุษย์จะสร้างกลไกที่เฉพาะเจาะจงของ irreversibilities .วัตถุประสงค์ของการศึกษาคือ เพื่อแนะนำเสนอวิธีการคำนวณอัตราการทำลายเส้นทางภายในร่างกายมนุษย์ และระบุขนาดและกลไกของ irreversibilities .

ตัวอย่างถือว่าตรวจสอบนำเสนอรูปแบบและพบว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างเส้นทางการบริโภคภายในร่างกายมนุษย์และบทบาทที่ คาดหวัง ระดับของความสบายเชิงความร้อน .นอกจากนี้ วิธีการสำหรับการประเมินความสะดวกสบายที่มีอยู่สามารถปรับปรุงและขยายด้วยการรวมของการวิเคราะห์เอ็กเซอร์ยี .