慢性疾病(关节炎、腰腿痛、颈椎病等)会给患者身心带来长期莫大的痛苦。维医沙疗作为一种传统的治疗方法,对以上常见的慢性疾病都有明显疗效,其中尤以对骨性关节炎(osteoarthritis,OA)的疗效显著。近年来,由于吐鲁番地区沙疗的认知度不断提高,每年7~9月都迎来了许多关节炎患者进行沙疗。但吐鲁番地区传统的维医沙疗方法场所露天,受制于气候与热环境的因素,每年只有近3个月的沙疗时期,极大地限制了维医沙疗的推广与应用。为提高沙疗资源的利用率,需对室内沙疗的热量传递规律以及有效性进行研究与验证。本文针对要达成新型而有效的室内维医沙疗方法,建立了室内沙疗室,通过仿太阳光加热装置使沙体基本达到实地温度,后对沙体温度及其加热系统进行了优化;模拟计算了沙疗室单开口自然通风下气固耦合温度场的变化;理论分析了有关机体组织的热量传递规律,和实验研究了OA兔股骨在室内沙疗作用下的力学性能变化,具体的研究内容和主要结果如下:(1)根据前人实验测量的吐鲁番实地沙疗所白天沙体温度和太阳辐射强度等数据,对室内沙疗室以模拟阳光强度加热24h后,可使一定埋沙深度处沙层温度达到适合沙疗的温度,以及其梯度下降分布趋势基本与实地相符。(2)对沙疗室的沙体温度及其加热系统进行优化过程中,采用实验方法研究了不同加热方式以及加热灯高度下热流密度的变化,选出了较优的方式,提高了加热的效率并使沙疗的沙层垂直温度均匀化。(3)建立了沙疗室单开口自然通风下气固耦合三维热物理模型,对模拟阳光强度加热后通风实验进行模拟,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明模型的合理可靠性。后模拟计算了优化加热后的通风实验,获得了沙疗的温度稳态层及热环境舒适度。(4)建立室内沙疗过程中兔大腿及沙体中热量传递过程的局部和整体热物理模型,数值模拟室内沙疗过程中兔体及沙体的温度变化。其规律表明:血液灌注对维持生物组织温度的恒定起到很大作用;增加埋沙深度到一定值后对股骨组织温度的影响不大;在室内沙疗时选择适宜的沙体温度、埋沙深度和治疗时间,可以实现生物在安全有效的沙深、沙温及热疗时间进行。(5)利用新西兰大白兔作为实验对象研究了室内沙疗的生物力学,避免了大范围的CT扫描对人体的伤害,且便于进一步的有限元分析时与实验相对照验证。实验发现室内沙疗对不同月龄新西兰大白兔OA股骨的各骨质骨量起到良性变化的影响,进而对不同月龄兔OA股骨基本力学性能都有提高。