轿车乘员舱内流场热舒适性分析

论文摘要

乘员舱的热舒适性是影响轿车整体舒适性的重要因素,它对车内乘员的健康和驾驶安全都有重要影响。但实现乘员舱的热舒适性是一个非常具有挑战的任务,需要对车辆的空气调节系统(HVAC)总成、通风管道、乘员舱流场以及空调控制策略统筹设计。乘员舱内流场的设计分析作为空调系统设计的重要组成部分,一方面直接决定乘员的热舒适性,影响空调系统的性能、能耗；另一方面乘员舱热负荷的计算结果将决定其他部分的设计。以往乘员舱内流场的设计和分析都是以实车试验为基础的,但现今虚拟产品开发(VPD)已经贯穿设计过程中的每个阶段。为此在设计空调系统的过程中就需要建立一种高效、低成本的仿真分析方法来不断优化乘员舱内流场,并使其与空调系统的其他部分设计过程相互传递数据。本文首先尝试建立一套适用于轿车乘员的热舒适性评价体系。归纳了在乘员舱非均匀热环境下影响乘员热舒适性的主要指标参数；分析了在均热环境下常用于评价热舒适性的预测平均评价方法(PMV)和等效温度方法(EQT)；在借鉴以上两种方法的基础上,提出一种适用于乘员舱热环境下易于在空调控制中使用的热舒适性评价方法。其次给出空调系统热负荷的逆向计算方法。分析了汽车空调热负荷的特点；比较了汽车空调负荷的理论计算方法；确定了模拟夏季汽车空调制冷的环境参数；给出了用于仿真分析的热负荷逆向计算方法。再在通用分析软件Fluent的基础上,建立了一套包含乘员的乘员舱内流场仿真分析模型；给出模型边界的计算和设置方法；分别针对乘员舱内空气的速度场、温度场、压力场作出分析。最后利用本文建立的仿真模型分别对四种空调工作模式和两种温度/风速组合进行了仿真,并给出了不同状态下乘员热舒适性评价,用逆向计算的方法得出空调系统热负荷。分析的结果对轿车空调系统设计具有一定借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容与意义
• 第2章 乘员舱内热舒适评价体系
• 2.1 影响热舒适的重要因素
• 2.2 人体热环境评价
• 2.3 人体热舒适客观评价指标
• 2.3.1 预测平均评价和预测不满意百分比PMV-PPD
• 2.3.2 当量温度评价指标EQT
• 2.3.3 整体热舒适偏差评价
• 2.4 本章小结
• 第3章 乘员舱内流场仿真的理论基础
• 3.1 计算流体力学基础知识
• 3.2 三维湍流模型
• 3.3 控制方程
• 3.4 控制方程的离散化
• 3.5 湍流的数值模拟
• 3.6 本章小结
• 第4章 乘员舱模型建立及热负荷计算
• 4.1 乘员舱热负荷的特点
• 4.2 乘员舱的热环境
• 4.2.1 乘员舱热负荷的组成
• 4.2.2 车体结构储热的影响
• 4.3 仿真模型的建立
• 4.3.1 几何模型
• 4.3.2 网格划分
• 4.3.3 数学模型的选择
• 4.4 边界条件的技术和设置
• 4.4.1 车辆所处的外界环境
• 4.4.2 进风口及出风口边界设置
• 4.4.3 围护结构传热的边界设置
• 4.4.4 太阳辐射边界设置
• 4.4.5 其他边界的设置
• 4.5 乘员舱热负荷的计算
• 4.6 本章小结
• 第5章 乘员舱热舒适性仿真分析
• 5.1 仿真模型观察截面和观测点设置
• 5.2 乘员舱降温过程分析
• 5.3 乘员舱降温效果分析
• 5.3.1 速度场分析
• 5.3.2 温度场分析
• 5.3.3 乘员舱热舒适度分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 不同空调模式的比较分析
• 6.1 空调工作模式的比较
• 6.1.1 汽车空调制冷原理以及送风方式
• 6.1.2 仿真边界设定
• 6.1.3 不同送风模式空气流场比较
• 6.1.4 不同送风模式热舒适性比较
• 6.1.5 热负荷比较
• 6.2 不同风速和温度组合的比较
• 6.2.1 仿真边界设定
• 6.2.2 乘员舱空气速度场比较
• 6.2.3 乘员舱空气温度场比较
• 6.2.4 乘员舱热舒适性比较
• 6.2.5 对比结论
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.1.1 主要成果与结论
• 7.1.2 本文创新
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢