The Basis of Wind Chill

• Published in: ARCTIC
• Main Author: Osczevski, Randall J.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Arctic Institute of North America 1995
• Subjects: Atmospheric temperature; Cold physiology; Frostbite; Heat transmission; Human bioclimatology; Mathematical models; Models; Survival; Wind chill; Wind tunnels; Winds; Antarc*; Antarctica; Arctic
• Online Access: https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/64317

The practical success of the wind chill index has often been vaguely attributed to the effect of wind on heat transfer from bare skin, usually the face. To test this theory, facial heat loss and the wind chill index were compared. The effects of wind speed on heat transfer from a thermal model of a head was investigated in a wind tunnel. When the thermal model was facing the wind, wind speed affected the heat transfer from its face in much the same manner as it would affect the heat transfer from a small cylinder, such as that used in the original wind chill experiments carried out in Antarctica fifty years ago. A mathematical model of heat transfer from the face was developed and compared to other models of wind chill. Skin temperatures calculated from the model were consistent with observations of frostbite and discomfort at a range of wind speeds and temperatures. The wind chill index was shown to be several times larger than the calculated heat transfer, but roughly proportional to it. Wind chill equivalent temperatures were recalculated on the basis of facial cooling. An equivalent temperature increment was derived to account for the effect of bright sunshine.Key words: bioclimatology, cold injuries, cold weather, convective heat transfer, face cooling, frostbite, heat loss, survival, wind chill La popularité de l'indice de refroidissement du vent a souvent été expliquée par le fait qu'on peut la relier plus ou moins à l'effet du vent sur le transfert thermique à partir de la peau nue, le plus souvent celle du visage. Afin de mettre cette théorie à l'essai, on a comparé la perte de chaleur du visage et l'indice de refroidissement du vent. On a étudié l'effet de la vitesse du vent sur le transfert thermique à partir d'une maquette thermique de la tête placée dans une soufflerie. Lorsque la maquette thermique faisait face au vent, la vitesse du vent affectait le transfert thermique à partir du visage à peu près comme il affecterait le transfert thermique à partir d'un petit cyclindre, comme celui utilisé dans les premières expériences de refroidissement dû au vent, menées dans l'Antarctique il y a cinquante ans. On a créé un modèle mathématique de transfert thermique à partir du visage et on l'a comparé à d'autres modèles de refroidissement dû au vent. Les températures de la peau calculées à partir du modèle correspondaient à l'observation de gelures et de sentiments d'inconfort à une gamme de vitesses et de températures éoliennes données. L'indice de refroidissement du vent s'est révélé plusieurs fois plus important que le transfert thermique calculé, mais en gros proportionnel à lui. On a recalculé les températures équivalentes à l'indice de refroidissement du vent en s'appuyant sur le refroidissement du visage. Une augmentation de température équivalente a été déduite, qui tient compte de l'effet de l'insolation.Mots clés: bioclimatologie, lésions dues au froid, temps froid, transfert de chaleur par convection, refroidissement du visage, gelure, perte de chaleur, survie, refroidissement dû au vent