基于人体热调节模型的轿车乘员舱热舒适性分析

论文摘要

随着汽车工业的发展,乘员舱的热舒适性越来越被人们所重视。近几年,有越来越多的学者加入到研究乘员舱热舒适性的行列。但是与此同时,由于乘员舱本身内部结构复杂,如何真实模拟空调系统的制冷或加热,合理设置太阳辐射边界,引用人体热调节模型,评价热舒适性等一系列问题,给乘员舱热舒适性的研究增加了不少困难。为了推进乘员舱热舒适性的研究,本文在人体热调节模型上作了尝试,并对得到的结果作出了热舒适性评价。主要的研究内容及相关成果如下:以某一款实际车模为原型,按照研究内容需要简化模型得到乘员舱结构并以此为研究对象,引入人体热调节模型,设置流场边界、热边界。通过乘员舱内热环境的计算,评价乘员舱内的热舒适性问题。如何设置辐射热传递条件,人体生物热方程与CFD控制方程的迭代计算,如何合理地分析结果评价热舒适性是本研究中的难点。在结果分析中,对于从后处理中提取了大量图片和数据,本文采用了理论分析、采样统计分析、评价体系标准等工具,对一系列物理量如速度场、压力场、温度场、相对湿度等进行了分析,得出关于乘员舱热舒适性评价的结论,为今后热舒适性评价打下坚实的基础。本文的创新点:乘员舱内的热计算与人体热调节模型进行迭代计算,考虑了两者的相互作用,而不是仅仅被动地将人体作为一个热边界条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 乘员舱内气流组织的 CFD 研究现状
• 1.2.2 人体热调节模型研究现状
• 1.2.3 热舒适性研究现状
• 1.3 课题研究意义及主要内容
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 课题研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 乘员舱内流场数值模拟理论基础与方法
• 2.1 计算流体力学概述
• 2.2 湍流流动模拟
• 2.3 数值模拟的总体流程
• 2.4 控制方程
• 2.4.1 湍流基本方程的特点
• 2.4.2 质量守恒方程
• 2.4.3 动量守恒方程
• 2.4.4 能量守恒方程
• 2.4.5 流动与传热问题控制方程
• 2.5 湍流数值模拟方法
• 2.5.1 湍流数值模拟方法的分类
• 2.5.2 Reynolds 时均法（RANS）
• 2.5.3 统计平均法
• 2.5.4 大涡模拟方法（LES）
• 2.5.5 直接数值模拟（DNS）
• 2.6 基于有限体积的控制方程离散
• 2.6.1 常用的离散方法
• 2.6.2 常见的差值方式
• 2.7 商用 CFD 软件介绍
• 2.7.1 Fluent
• 2.7.2 SC/Tetra
• 2.8 本章小结
• 第三章 人体热调节模型的理论基础及研究方法
• 3.1 人体热调节系统
• 3.2 人体热调节模型的生物热方程
• 3.3 本研究使用的人体热调节模型
• 3.3.1 人体的生理因素
• 3.3.2 人体模型及每节段模型
• 3.3.3 血液循环系统
• 3.3.4 节段中的热交换
• 3.3.5 皮肤表面可感知的热损失
• 3.3.6 人体热调节系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于人体的轿车乘员舱模型的建立与热分析
• 4.1 概述
• 4.2 物理模型
• 4.3 网格划分
• 4.4 数学模型
• 4.4.1 基本控制方程
• 4.4.2 湍流模型
• 4.4.3 人体生物热方程
• 4.5 材料参数设置
• 4.6 边界条件设置
• 4.6.1 流动进口边界
• 4.6.2 流动出口边界
• 4.6.3 壁面边界条件
• 4.6.4 初始条件
• 4.6.5 时间步长
• 4.7 太阳辐射边界条件
• 4.7.1 车室外壁受到的太阳辐射
• 4.7.2 日照表面综合温度计算
• 4.7.3 车窗上的太阳辐射
• 4.7.4 车体围护结构的传热过程
• 4.7.5 辐射参数设置
• 4.8 人体热调节模型参数设置
• 4.9 热传导参数设置
• 4.10 本章小结
• 第五章 模拟结果及热舒适性评价
• 5.1 数值计算
• 5.2 数值计算结果
• 5.2.1 速度场分布
• 5.2.2 压力场分布
• 5.2.3 温度场分布
• 5.2.4 相对湿度分布
• 5.3 热舒适性评价
• 5.3.1 气流组织评价体系
• 5.3.2 热舒适性评价体系
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 致谢