2.1.2  对流

对流是指由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。对流只能发生在流体中，而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动，因而对流必然伴随有导热现象。

对流传热是流体与固体边界之间的热量传递。在生物体内部，血液循环过程中血管血液的流动、呼吸道内气体的呼出吸入以及在风中行进的生物体等等都包含着对流传热，但一般来说，生物传热研究的重点在于血管的对流传热，这主要取决于这样的事实，即血管传热在维持生物体温恒定和控制体温方面起着至关重要的作用，单根血管内的血液对流传热与一般的非牛顿流体传热原则上差别不大。总之，生物传热部分借助于导热（组织内），部分依赖于流体流动。通常不同血管（如动、静脉）内血液温度并非一致，正是这种不一致导致了如下的热量传递方向，即：血管管壁组织低温血管，最后将热量带走，不过不同形态上的血管传热特点是很不一致的。

肌肉组织内的对流换热主要是通过血液流动来实现的[8]。一般而言，在浅表部位动脉血流具有较高的温度，肌肉组织和静脉血流具有较低的温度，后两者之间又有区别，也就是说，在组织内部的某一微小截面上存在着三个不同的温度。由于血管结构和走向的复杂性，造成对流换热机制复杂化。根据目前人体解剖学所揭示的组织结构特点，对流换热存在两种不同的类型：逆向对流换热和渗流对流换热。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

根据解剖学显示的深部肌肉血管结构，有一类直径在100-200μm的主动脉和主静脉，它们以互相紧贴的方式埋在肌肉内[9]。温度较高的动脉血与温度较低的静脉血之间逆向流动，产生如逆流式换热器一样的直接传热效应。热量由动脉血流传向静脉血流，致使动脉血流温度沿流动方向逐步降低，静脉血流的温度逐步升高。肌肉的温度介于动脉血和静脉血温度之间。因此在血流过程中尚有动静脉血流向肌肉放出的对流热和静脉血从肌肉吸收的对流热。由于逆向血流的流量相等，动静脉血流与肌肉之间的温差接近于相等，因此可以近似的认为动静脉血流向肌肉的供热和吸热相应相等，并且把动静脉之间这种间接传热效应一并归入动静脉血管之间的传热系数中去。这样逆向对流换热量可用下式计算[8]：

                 （2.1.4）

式中： 为某一流动截面上通过单位血管壁面积的换热量；kc为逆流换热器的传热系数；Ta、Tv分别为当地动静脉温度； 为血管结构系数。

渗流换热是人体肌肉组织内另一种最重要的传热并伴随着传质过程的换热形式。这类对流换热过程发生在具有毛细血管的肌肉层里。温度为Ta的末级分枝动脉血管血流进入毛细血管区，与肌肉组织发生对流传热传质过程后汇集到静脉血管中并以温度Tv离开。由于毛细血管密布在整个肌肉组织内，所以血液的流动类似于多孔介质中的渗流。在渗流区内，血液从动脉血温逐渐变化到静脉血温。如何计算渗流对流换热量，仍存在着较大的分歧。通常沿用的是Pennes(1948)在其著名的生物热方程中提出的血液灌流项，将毛细血管区内肌肉和血流看成是具有相同的温度，并等于当地肌肉组织的温度，由此可以写出渗流对流换热量为[1]：

                 （2.1.5）

式中： 是血液灌注率， 为血液的比热， 是流入动脉的血液温度， 是当地肌肉组织温度即流出的静脉血温度。

上述计算方法的缺陷是忽略了毛细血管区组织与血液之间的温差，忽略了血液可以向各个方向流动的特点。 含内热源的红外热像的数值模拟(4):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_75226.html