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汽车乘员舱内温度场的数值仿真及试验研究

2018-09-26 23:49:08·  来源：刘盛达 AutoAero  
　
舒适环保是消费者购买汽车的一个重要的考虑因素，汽车乘员舱内的热舒适问题已经成为广大消费者、研究学者和汽车厂商关注的热点和焦点问题。
舒适环保是消费者购买汽车的一个重要的考虑因素，汽车乘员舱内的热舒适问题已经成为广大消费者、研究学者和汽车厂商关注的热点和焦点问题。车内小空间热环境和乘员热舒适性密切相关，车内的空气温度、相对湿度、气体流速和平均辐射温度等环境因素直接作用于人体体表，影响乘员的主观热舒适感觉。因此，研究自然暴晒中空调开启后乘员舱内热环境的变化规律，对提高整车的乘坐热舒适性、增强汽车的市场竞争力有重要意义。
    
太阳辐射、空调系统和人体散热是影响乘员舱热环境的主要因素。本文通过仿真得到乘员舱的稳态温度场和人体表面温度分布并进行了空调制冷试验。

乘员舱内热环境仿真分析

物理模型的建立
   
以某轿车车厢简化模型为研究对象，副驾驶座上安装人体模型；空调系统的4个出风口对称布置在前排的仪表板上，中间2个、两侧各一个；空调回风口位于副驾驶座下方。
车厢与人体几何模型

边界条件
     
4个空调出风口采用速度入口边界条件；空调回风口为压力出口；车厢地板和车身定义为无滑移的壁面边界条件；车窗、天花板、仪表板及座椅参与车厢内的对流、传导及辐射热交换过程，设为外部辐射边界条件；选用DO模型计算太阳辐射强度,认为车内空气是不可压缩的。
制冷工况下乘员舱内的稳态温度场
     
截取4个截面，研究乘员舱内的空气温度分布。具体位置是：截面Ⅰ，前排座椅侧前150mm垂直剖面；截面Ⅱ，后排座椅侧前150mm垂直直剖面；截面Ⅲ，副驾驶员位置纵向中剖面；截面Ⅳ，副驾驶员胸部水平剖面。
截面示意图
仿真结果
     
4个截面中温度波动都保持在4k以内，乘员舱内车内稳态温度场的温度均匀性较好。
截面Ⅰ
截面Ⅱ
截面Ⅲ
截面Ⅳ
乘员舱内热环境试验
    在空调关闭的情况下对试验车辆进行1h的空车自然暴晒试验，紧接着试验人员进入副驾驶座开始30min的空调制冷试验，试验共布置13个温度传感器，其中有6个空气温度测点和7个零部件表面温度测点。数据采集器每5s采集一次温度数据。
试验现场
温度测点分布

试验结果与仿真结果对比验证
    
各零部件表面温度和人体体表温度的试验结果与数值仿真结果对比如表1和表2所示。
表1
表2
     
除了座椅外，其他位置的试验值和仿真值误差均控制在10%之内，整体上仿真计算结果与试验结果吻合较好，可认为符合工程计算的要求，验证了前述计算模型选择和边界条件设置的合理性和准确性。
 
文章节选自： 兰凤崇, 魏文, 郭巧嫣,等. 汽车乘员舱内温度场的数值仿真及试验研 究[J]. 湖南大学学报(自科版), 2015(10):23-30. 
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