舒適環(huán)保是消費(fèi)者購(gòu)買汽車的一個(gè)重要的考慮因素，汽車乘員艙內(nèi)的熱舒適問題已經(jīng)成為廣大消費(fèi)者、研究學(xué)者和汽車廠商關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問題。車內(nèi)小空間熱環(huán)境和乘員熱舒適性密切相關(guān)，車內(nèi)的空氣溫度、相對(duì)濕度、氣體流速和平均輻射溫度等環(huán)境因素直接作用于人體體表，影響乘員的主觀熱舒適感覺。因此，研究自然暴曬中空調(diào)開啟后乘員艙內(nèi)熱環(huán)境的變化規(guī)律，對(duì)提高整車的乘坐熱舒適性、增強(qiáng)汽車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。

    
太陽輻射、空調(diào)系統(tǒng)和人體散熱是影響乘員艙熱環(huán)境的主要因素。本文通過仿真得到乘員艙的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)和人體表面溫度分布并進(jìn)行了空調(diào)制冷試驗(yàn)。

乘員艙內(nèi)熱環(huán)境仿真分析

物理模型的建立

   
以某轎車車廂簡(jiǎn)化模型為研究對(duì)象，副駕駛座上安裝人體模型；空調(diào)系統(tǒng)的4個(gè)出風(fēng)口對(duì)稱布置在前排的儀表板上，中間2個(gè)、兩側(cè)各一個(gè)；空調(diào)回風(fēng)口位于副駕駛座下方。

車廂與人體幾何模型

邊界條件

     
4個(gè)空調(diào)出風(fēng)口采用速度入口邊界條件；空調(diào)回風(fēng)口為壓力出口；車廂地板和車身定義為無滑移的壁面邊界條件；車窗、天花板、儀表板及座椅參與車廂內(nèi)的對(duì)流、傳導(dǎo)及輻射熱交換過程，設(shè)為外部輻射邊界條件；選用DO模型計(jì)算太陽輻射強(qiáng)度,認(rèn)為車內(nèi)空氣是不可壓縮的。

制冷工況下乘員艙內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)

     
截取4個(gè)截面，研究乘員艙內(nèi)的空氣溫度分布。具體位置是：截面Ⅰ，前排座椅側(cè)前150mm垂直剖面；截面Ⅱ，后排座椅側(cè)前150mm垂直直剖面；截面Ⅲ，副駕駛員位置縱向中剖面；截面Ⅳ，副駕駛員胸部水平剖面。

截面示意圖

仿真結(jié)果

     
4個(gè)截面中溫度波動(dòng)都保持在4k以內(nèi)，乘員艙內(nèi)車內(nèi)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的溫度均勻性較好。

截面Ⅰ

截面Ⅱ

截面Ⅲ

截面Ⅳ

乘員艙內(nèi)熱環(huán)境試驗(yàn)

    在空調(diào)關(guān)閉的情況下對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行1h的空車自然暴曬試驗(yàn)，緊接著試驗(yàn)人員進(jìn)入副駕駛座開始30min的空調(diào)制冷試驗(yàn)，試驗(yàn)共布置13個(gè)溫度傳感器，其中有6個(gè)空氣溫度測(cè)點(diǎn)和7個(gè)零部件表面溫度測(cè)點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集器每5s采集一次溫度數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

溫度測(cè)點(diǎn)分布

試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證

    
各零部件表面溫度和人體體表溫度的試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果對(duì)比如表1和表2所示。

表1

表2

     
除了座椅外，其他位置的試驗(yàn)值和仿真值誤差均控制在10%之內(nèi)，整體上仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，可認(rèn)為符合工程計(jì)算的要求，驗(yàn)證了前述計(jì)算模型選擇和邊界條件設(shè)置的合理性和準(zhǔn)確性。
 

文章節(jié)選自： 蘭鳳崇, 魏文, 郭巧嫣,等. 汽車乘員艙內(nèi)溫度場(chǎng)的數(shù)值仿真及試驗(yàn)研 究[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2015(10):23-30