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汽車乘員艙內(nèi)溫度場的數(shù)值仿真及試驗研究
2018-09-26 23:49:08· 來源：劉盛達 AutoAero
舒適環(huán)保是消費者購買汽車的一個重要的考慮因素，汽車乘員艙內(nèi)的熱舒適問題已經(jīng)成為廣大消費者、研究學(xué)者和汽車廠商關(guān)注的熱點和焦點問題。
舒適環(huán)保是消費者購買汽車的一個重要的考慮因素，汽車乘員艙內(nèi)的熱舒適問題已經(jīng)成為廣大消費者、研究學(xué)者和汽車廠商關(guān)注的熱點和焦點問題。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，對提高整車的乘坐熱舒適性、增強汽車的市場競爭力有重要意義。
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)溫度場和人體表面溫度分布并進行了空調(diào)制冷試驗。
乘員艙內(nèi)熱環(huán)境仿真分析
物理模型的建立
以某轎車車廂簡化模型為研究對象，副駕駛座上安裝人體模型；空調(diào)系統(tǒng)的4個出風口對稱布置在前排的儀表板上，中間2個、兩側(cè)各一個；空調(diào)回風口位于副駕駛座下方。
車廂與人體幾何模型
邊界條件
4個空調(diào)出風口采用速度入口邊界條件；空調(diào)回風口為壓力出口；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模型計算太陽輻射強度,認為車內(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
截取4個截面，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個截面中溫度波動都保持在4k以內(nèi)，乘員艙內(nèi)車內(nèi)穩(wěn)態(tài)溫度場的溫度均勻性較好。
截面Ⅰ
截面Ⅱ
截面Ⅲ
截面Ⅳ
乘員艙內(nèi)熱環(huán)境試驗
在空調(diào)關(guān)閉的情況下對試驗車輛進行1h的空車自然暴曬試驗，緊接著試驗人員進入副駕駛座開始30min的空調(diào)制冷試驗，試驗共布置13個溫度傳感器，其中有6個空氣溫度測點和7個零部件表面溫度測點。數(shù)據(jù)采集器每5s采集一次溫度數(shù)據(jù)。
試驗現(xiàn)場
溫度測點分布
試驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比驗證
各零部件表面溫度和人體體表溫度的試驗結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果對比如表1和表2所示。
表1
表2
除了座椅外，其他位置的試驗值和仿真值誤差均控制在10%之內(nèi)，整體上仿真計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，可認為符合工程計算的要求，驗證了前述計算模型選擇和邊界條件設(shè)置的合理性和準確性。
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