论文部分内容阅读
摘 要：本文以某轻型客车为例，采用CFD分析方法，对人体表面风速， 顶置风管出风口风量分配比例，人体表面温度及鼻尖处参考点做了相应分析，将温度参数与国标GB 50019-2003做了对比，并满足国标要求，给空调舒适性设计提供仿真依据 。
关键词：舒适性；风速；温度；分配比例
A minibus comfort CFD analysis
Abstract：Taking A minibus for example，in the paper CFD was used to analyse wind speed of the body surface，the distribution ratio of air flow of the overhead air duct outlet，temperature of the body surface and temperature of the reference point of the nose tip.The temperature field was compared with GB 50019-2003 and met the national standard.It was a strong simulation basis for the design of air-conditioning comfort.
Key words： comfort；wind speed；temperature；distribution ratio
1前言
目前，汽车工业发展的越来越快，人们的生活水平也越来越高，因此，汽车正在逐步走入千家万户。现在的交通越来越发达，人们也更加依赖汽车这种交通工具，每天待在汽车中的时间也越来越长，所以，人们对汽车的舒适性要求逐渐提高，汽车乘员舱内的热舒适性也越来越受到关注。轻型客车空间相对狭小并且比较封闭，人员密度较大，容易造成乘员舱内热舒适性欠佳，驾驶员长期处于这种环境下，容易疲劳，心情烦躁，注意力不集中，给交通事故埋下重大隐患。
车内温度是影响乘员舱内热舒适性的重要指标之一，在整车开发过程中对乘员舱内的环境温度提出了较高要求，改善乘员舱内的环境温度是改善热舒适性的重要手段。对于汽车乘员舱内人体舒适性分析研究，目前常用的方法为热舒适性试验方法和计算机仿真方法。
本文采用计算机仿真方法，针对轻型客车乘员舱内温度分布进行 CFD仿真计算。验证轻型客车乘员舱内温度分布合理性，为空调舒适性设计提供仿真依据。
2 汽车空调舒适性标准
汽车空调是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。它和其他空调工作原理相同，唯一不同的是汽车空调在移动的工况条件下工作，因此对汽车空调设计要求比较高。
温度是影响人体热舒适性的主要因素，为了确定热舒适性条件，不少研究人员做了大量的试验研究工作，图1表示出了人体舒适性温度范围。从试验研究分析可知，夏季人体舒适性温度范围在24℃-26℃。 美国，日本等国家通过实验制定出相关舒适性环境指标，美国认为夏季温度为22℃-25℃，相对湿度为45%-50%时比较理想。日本认为夏季温度为24℃-26℃，上半身气流速度为0.6m/s-0.9m/s，相对湿度为60%-70%时比较理想。国标GB 50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》规定了舒适性空调参数，我国认为夏季温度为22℃-28℃， 风速不大于0.3m/s，相对湿度为45%-65%比较理想，同时认为车内温度与外界环境温度不能差距太大。否则，引起乘员温度反差太大而不适，一般认为车内外的溫差，轿车在10℃范围内，客车在8℃-12℃范围内。
3数学模型
本文考虑空调长时间工作，处于稳定状态。因此，采用稳态分析方法，在连续方程，动量方程及能量方程中，都与时间无关。
连续方程：
动量方程：
能量方程：
式（2）， 中的i取1，2， 3分别代表x，y，z三个方向，考虑到重力场，在z方向受到重力加速度，S1，S2为0，S3为pg。由于温度场引起密度场变化，密度不在是一个常数，采用理想气体，引入气体状态方程：
式（4），P为压力，Rg为气体常数0.287J/（kg*K）
4 计算模型与边界条件
4.1 计算模型
轻型客车舱较大，需要的风量较大，空调系统出供风系统有两大部分组成：前吹面风道和顶置空调风道。乘员舱内有人体与座椅，模型如下图：
5. 2流量分配
温度是人体舒适性的主要因素，为了使得乘员室内的温度均匀分布，必须使得顶置风管的出风口风量是平均分配关系。分析结果如下表1。
从图3可以看出，顶置风道出风口有8个，左右两边各分布4个，按照均分原理，每个出风口的风量比例为12.5%±1%，从表1可以得到，每个顶置风管出风口风量均匀性很好，风量分配比例在12.5%±1%范围内，满足要求。
5. 3温度分布
人体表面温度分布如下图8所示，人体表面绝大部分的温度在22℃ -28℃这个范围，只有局部地方如图8红色标记处所示，标记处的温度在28℃以上。驾驶员左臂（图8蓝色标记）温度低于22℃，驾驶员左臂正对着前吹面风口，出风口直吹驾驶员左臂，导致驾驶员左臂温度较低。
取过人体鼻子的截面，乘员舱内的温度分布如下图9所示。从结果来看，人体头部附近的温度都不超过28摄氏度，有局部地方温度低于22摄氏度，主要是从出风口出来的风速较高，形成风柱，没有散开，局部风过于集中，从而导致局部温度偏低。
分别对12个人的鼻尖处取参考点，做出12个参考点的温度分布情况，1-12表示乘客编号，如下表2所示z
从表上数据来看，参考点的温度在23℃-25℃范围内，满足《采暖通风与空气调节设计规范》的舒适性参数要求。
6结论
（1）从人体表面速度分布来看，头部风速绝大部分在0.3m/s，处于风口下的人体表面速度较大，主要受风口影响。
（2）顶置风管的出风口风量分配比较均匀。
（3）人体表面的温度绝大部分在22℃-28℃ 范围内，从参考点温度分布来看，参考点的温度在23℃-25℃范围内，满足《采暖通风与空气调节设计规范》的舒适性参数要求。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.《采暖通风与空气调节设计规范》 ；GB 50019-2003.
[2] 李宁，王锡琴.汽车空调的特点与汽车热舒适性的研究[J].技术与市场.2010年12期.
[3] 王福军.计算流体动力学分析.清华大学出版社.2004.
[4] 雄可嘉，王伟，张万平.轿车热环境模拟及风口面积对乘客舒适性的影响.制冷技术.2008，32-36.
关键词：舒适性；风速；温度；分配比例
A minibus comfort CFD analysis
Abstract：Taking A minibus for example，in the paper CFD was used to analyse wind speed of the body surface，the distribution ratio of air flow of the overhead air duct outlet，temperature of the body surface and temperature of the reference point of the nose tip.The temperature field was compared with GB 50019-2003 and met the national standard.It was a strong simulation basis for the design of air-conditioning comfort.
Key words： comfort；wind speed；temperature；distribution ratio
1前言
目前，汽车工业发展的越来越快，人们的生活水平也越来越高，因此，汽车正在逐步走入千家万户。现在的交通越来越发达，人们也更加依赖汽车这种交通工具，每天待在汽车中的时间也越来越长，所以，人们对汽车的舒适性要求逐渐提高，汽车乘员舱内的热舒适性也越来越受到关注。轻型客车空间相对狭小并且比较封闭，人员密度较大，容易造成乘员舱内热舒适性欠佳，驾驶员长期处于这种环境下，容易疲劳，心情烦躁，注意力不集中，给交通事故埋下重大隐患。
车内温度是影响乘员舱内热舒适性的重要指标之一，在整车开发过程中对乘员舱内的环境温度提出了较高要求，改善乘员舱内的环境温度是改善热舒适性的重要手段。对于汽车乘员舱内人体舒适性分析研究，目前常用的方法为热舒适性试验方法和计算机仿真方法。
本文采用计算机仿真方法，针对轻型客车乘员舱内温度分布进行 CFD仿真计算。验证轻型客车乘员舱内温度分布合理性，为空调舒适性设计提供仿真依据。
2 汽车空调舒适性标准
汽车空调是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。它和其他空调工作原理相同，唯一不同的是汽车空调在移动的工况条件下工作，因此对汽车空调设计要求比较高。
温度是影响人体热舒适性的主要因素，为了确定热舒适性条件，不少研究人员做了大量的试验研究工作，图1表示出了人体舒适性温度范围。从试验研究分析可知，夏季人体舒适性温度范围在24℃-26℃。 美国，日本等国家通过实验制定出相关舒适性环境指标，美国认为夏季温度为22℃-25℃，相对湿度为45%-50%时比较理想。日本认为夏季温度为24℃-26℃，上半身气流速度为0.6m/s-0.9m/s，相对湿度为60%-70%时比较理想。国标GB 50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》规定了舒适性空调参数，我国认为夏季温度为22℃-28℃， 风速不大于0.3m/s，相对湿度为45%-65%比较理想，同时认为车内温度与外界环境温度不能差距太大。否则，引起乘员温度反差太大而不适，一般认为车内外的溫差，轿车在10℃范围内，客车在8℃-12℃范围内。
3数学模型
本文考虑空调长时间工作，处于稳定状态。因此，采用稳态分析方法，在连续方程，动量方程及能量方程中，都与时间无关。
连续方程：
动量方程：
能量方程：
式（2）， 中的i取1，2， 3分别代表x，y，z三个方向，考虑到重力场，在z方向受到重力加速度，S1，S2为0，S3为pg。由于温度场引起密度场变化，密度不在是一个常数，采用理想气体，引入气体状态方程：
式（4），P为压力，Rg为气体常数0.287J/（kg*K）
4 计算模型与边界条件
4.1 计算模型
轻型客车舱较大，需要的风量较大，空调系统出供风系统有两大部分组成：前吹面风道和顶置空调风道。乘员舱内有人体与座椅，模型如下图：
5. 2流量分配
温度是人体舒适性的主要因素，为了使得乘员室内的温度均匀分布，必须使得顶置风管的出风口风量是平均分配关系。分析结果如下表1。
从图3可以看出，顶置风道出风口有8个，左右两边各分布4个，按照均分原理，每个出风口的风量比例为12.5%±1%，从表1可以得到，每个顶置风管出风口风量均匀性很好，风量分配比例在12.5%±1%范围内，满足要求。
5. 3温度分布
人体表面温度分布如下图8所示，人体表面绝大部分的温度在22℃ -28℃这个范围，只有局部地方如图8红色标记处所示，标记处的温度在28℃以上。驾驶员左臂（图8蓝色标记）温度低于22℃，驾驶员左臂正对着前吹面风口，出风口直吹驾驶员左臂，导致驾驶员左臂温度较低。
取过人体鼻子的截面，乘员舱内的温度分布如下图9所示。从结果来看，人体头部附近的温度都不超过28摄氏度，有局部地方温度低于22摄氏度，主要是从出风口出来的风速较高，形成风柱，没有散开，局部风过于集中，从而导致局部温度偏低。
分别对12个人的鼻尖处取参考点，做出12个参考点的温度分布情况，1-12表示乘客编号，如下表2所示z
从表上数据来看，参考点的温度在23℃-25℃范围内，满足《采暖通风与空气调节设计规范》的舒适性参数要求。
6结论
（1）从人体表面速度分布来看，头部风速绝大部分在0.3m/s，处于风口下的人体表面速度较大，主要受风口影响。
（2）顶置风管的出风口风量分配比较均匀。
（3）人体表面的温度绝大部分在22℃-28℃ 范围内，从参考点温度分布来看，参考点的温度在23℃-25℃范围内，满足《采暖通风与空气调节设计规范》的舒适性参数要求。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.《采暖通风与空气调节设计规范》 ；GB 50019-2003.
[2] 李宁，王锡琴.汽车空调的特点与汽车热舒适性的研究[J].技术与市场.2010年12期.
[3] 王福军.计算流体动力学分析.清华大学出版社.2004.
[4] 雄可嘉，王伟，张万平.轿车热环境模拟及风口面积对乘客舒适性的影响.制冷技术.2008，32-36.