在整車的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，熱舒適性作為一項(xiàng)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)已經(jīng)被越來(lái)越多的整車廠所重視。這一指標(biāo)的存在可以更好的服務(wù)于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程。
影響人體熱舒適性的因素有多方面，對(duì)環(huán)境而言，除了空氣的溫度、濕度和流速外，還有環(huán)境對(duì)人體的平均輻射溫度；對(duì)人體而言，有人體的代謝產(chǎn)熱量和衣著熱阻。人在環(huán)境中的冷熱感覺(jué)是這六大因素對(duì)人體共同作用的結(jié)果。
熱舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
早期的熱舒適度標(biāo)準(zhǔn)，如預(yù)期平均投票數(shù)(PMV，F(xiàn)anger 1970)、預(yù)測(cè)不滿意百分?jǐn)?shù)(PPD，F(xiàn)anger 1982)、當(dāng)量均勻溫度(EHT，Wyon et al. 1989)、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(SET，Gagge 1986)和動(dòng)態(tài)熱感知(DTS，F(xiàn)iala et al. 2003)等均是基于環(huán)境的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而Berkeley舒適度模型（Zhang et al. 2009）是基于人體生理機(jī)能的熱舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并考慮局部舒適度對(duì)整體熱舒適度的影響，更加適合艙體等氣流不均的密閉空間。
如何在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中借助仿真分析獲得人體熱舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)？進(jìn)而作為空調(diào)系統(tǒng)好壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在此過(guò)程中既能完成出風(fēng)口布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，也為車身隔熱設(shè)計(jì)獲得支撐數(shù)據(jù)；既考慮外界環(huán)境包括太陽(yáng)光照射的影響，又考慮人體自身生熱影響；并評(píng)估空調(diào)系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將艙內(nèi)溫度降到規(guī)定溫度的能力。本文將通過(guò)基于專業(yè)熱設(shè)計(jì)軟件TAITherm進(jìn)行人體熱舒適性分析的案例對(duì)上述問(wèn)題給出答案。
TAITherm軟件
TAITherm軟件是美國(guó)ThermoAnalytics公司（TAI）的核心產(chǎn)品，是專業(yè)的熱設(shè)計(jì)軟件， TAITherm的人體熱舒適度模塊支持用戶在熱環(huán)境中設(shè)置虛擬假人模型，用以計(jì)算熱舒適度指標(biāo)，包括PPD、PMV、EHT、Berkeley熱舒適度評(píng)價(jià)模型等,可輸出多種基于環(huán)境和基于人體生理的熱舒適度評(píng)價(jià)參數(shù)。
仿真流程概述
? 將準(zhǔn)備好的網(wǎng)格模型cabin without human .nas導(dǎo)入TAITherm進(jìn)行熱模型搭建，用于暴曬過(guò)程模擬，為空調(diào)降溫過(guò)程提供初始溫度條件
? human人體網(wǎng)格模型添加到cabin模型中，并對(duì)人體賦予生理邊界條件，形成降溫過(guò)程模擬的熱模型
? 將包含人體的網(wǎng)格模型導(dǎo)入CFD工具進(jìn)行流場(chǎng)模型搭建，對(duì)艙內(nèi)空調(diào)出風(fēng)影響進(jìn)行熱流場(chǎng)模擬
? TAITherm的熱模型與CFD的流場(chǎng)模型進(jìn)行耦合，互相提供換熱邊界條件
? TAITherm軟件中完成空調(diào)降溫過(guò)程的模擬，模擬輻射、對(duì)流換熱和熱傳導(dǎo)，分析不同體型、性別的人員的體溫調(diào)節(jié)反應(yīng)，對(duì)人體熱舒適度進(jìn)行多層面的研究分析
TAITherm熱模型
? 車身選用多層材料，比如外層的表面是白色漆層，往里依次可以定義各層材料及中間氣隙層，內(nèi)側(cè)是內(nèi)飾層
? 車窗玻璃選用透明材料，模擬透射性能
? 環(huán)境條件，Editor-environ-Natural(weather)，點(diǎn)擊Browse選擇天氣文件（從國(guó)際氣象網(wǎng)站下載編譯），若天氣文件和模型文件不在同一工作目錄，則需要勾選use absolute path使用絕對(duì)路徑
? 對(duì)流換熱條件
暴曬過(guò)程中無(wú)論是乘員艙外還是艙內(nèi)均是自然對(duì)流，可以直接指定對(duì)流換熱系數(shù)或者給定一個(gè)風(fēng)速來(lái)模擬自然對(duì)流。
對(duì)于空調(diào)開(kāi)啟過(guò)程，乘員艙外表面因車速存在復(fù)雜外流場(chǎng)，艙內(nèi)因空調(diào)開(kāi)啟存在復(fù)雜內(nèi)流場(chǎng)，為了考慮不同區(qū)域流動(dòng)換熱條件的差異，將TAITherm的熱模型與CFD的流場(chǎng)模型進(jìn)行耦合，互相提供換熱邊界條件。
人體生理模型
? 從skin往里人體邊界條件共16層，skin往外可以添加衣服層，衣服材質(zhì)可以從軟件材料庫(kù)選取
? 對(duì)應(yīng)空調(diào)開(kāi)啟階段，人體外層（衣服層或者裸露的皮膚）的對(duì)流換熱邊界條件由CFD仿真結(jié)果映射過(guò)來(lái)，即imported
? 人體生理模型配置文件
將配置文件和模型文件一起放在同一工作目錄，一個(gè)假人對(duì)應(yīng)一套配置文件（berkeleysetpoints.txt、bodypartmap.txt、boundaryconditions.txt、physiogen.txt、physiology.txt、referencevariables.txt），將這些文件存在一個(gè)文件下并進(jìn)行命名，如sit75（坐著的75%的模型），模型中包含多個(gè)假人時(shí)可以拷貝上面的配置文件夾進(jìn)行重命名，并對(duì)各配置文件進(jìn)行編輯，使人體的身高體重、活動(dòng)級(jí)別等與當(dāng)前要模擬的工況對(duì)應(yīng)一致，另外，需要在總的配置文件config.txt中定義所有的假人。
? bodypartmap.txt中的part及name與當(dāng)前網(wǎng)格模型劃分的part保持一致
? 編輯physiology.txt定義人員的身高、體重、膚色
? Editor>Assembly，將人體的所有part定義到一個(gè)Assembly，Assembly的命名建議與配置文件夾的名稱一致，雙擊Assembly Type-Segmental Human，并定義活動(dòng)級(jí)別
熱舒適度結(jié)果
計(jì)算完成后在模型所在的文件夾會(huì)生成幾個(gè)表格結(jié)果，包含局部溫度、局部熱感覺(jué)、局部熱舒適度、總體熱感覺(jué)、總體熱舒適度等，可基于這些表格數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果后處理，也可以在軟件界面查看人體熱舒適度的云圖結(jié)果。結(jié)合局部熱舒適度的分布趨勢(shì)可以更準(zhǔn)確的定位造成總體熱舒適度的原因，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支撐數(shù)據(jù)。
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另外，如果大家想實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿真過(guò)程自動(dòng)化，請(qǐng)關(guān)注我們后續(xù)介紹的COTHERM耦合流程自動(dòng)化部分。
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