乘员舱热舒适分析技术

fcl ：裸露面积与着衣面积的 比例。 比例。 Icl ：服装的热阻 服装的热阻[m2K/W] tcl ：衣服的表面温度 ℃] 衣服的表面温度[℃ tr ：平均辐射温度 [℃] ℃ Var ：风速 风速[m/s] hc ：对流换热系数 [W/m2K] ta ：室温 ℃] 室温[℃
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2. 舒适性评价使用的指标 - 预期平均通感：Predicted Mean Vote (PMV) 预期平均通感： PMV = (0.303e −0.036 M + 0.028)× [(M − W ) − H − Ec − Cres − Eres ] - Ec：皮肤上的散热量 皮肤上的散热量
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2. 舒适性评价使用的指标 - 预期平均通感：Predicted Mean Vote (PMV) 预期平均通感： - PMV是由丹麦工科大学的 是由丹麦工科大学的Fanger教授在1967年发表的热舒 教授在1967 是由丹麦工科大学的 教授在1967年发表的热舒 适方程式所提出的温冷感指标。其中涉及室温 室温、 适方程式所提出的温冷感指标。其中涉及室温、平均辐射 温度、相对湿度、平均风速、着衣量和人体作业量六个变 温度、相对湿度、平均风速、着衣量和人体作业量六个变 使用从-3(冷感 冷感) (中间感受) 量。使用从-3(冷感)～0(中间感受)～+3（热感）共七个阶段的 （热感） 舒适性评价。 舒适性评价。 - ISO标准中，PMV在±0.5以内状态为推荐热舒适状态。 标准中， 在 0.5以内状态为推荐热舒适状态。 标准中 以内状态为推荐热舒适状态
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2. 舒适性评价使用的指标 - 预期平均通感：Predicted Mean Vote (PMV) 预期平均通感： - 定义式： 定义式： PMV = (0.303e −0.036 M + 0.028)× [(M − W ) − H − Ec − Cres − Eres ] - 各变量说明
- M 体表面的代谢率[W/m2] 其基本单位1Met=58.15[W/m2] 睡眠时约0.8[Met] [W/m2]， 1Met=58.15[W/m2]。 0.8[Met]， ：体表面的代谢率[W/m2]，其基本单位1Met=58.15[W/m2]。睡眠时约0.8[Met]， 办公室工作时约1.2[Met] 平均成人体表面机约1.7[m2] 此时办公室工作的场合， 1.2[Met]。 1.7[m2]， 办公室工作时约1.2[Met]。平均成人体表面机约1.7[m2]，此时办公室工作的场合，代 谢量约120[W] 120[W]。 谢量约120[W]。 - W 人体所做的机械功[W/m2] 通常取0 [W/m2]。 ：人体所做的机械功[W/m2]。通常取0。 - H 体表面的对流、辐射的热损失[W/m2] ：体表面的对流、辐射的热损失[W/m2] - Ec 皮肤上的散热和出汗散热量[W/m2] ：皮肤上的散热和出汗散热量[W/m2] - Cres ：呼吸中的显热损失量[W/m2] 呼吸中的显热损失量[W/m2] - Eres ：呼吸中的潜热损失量[W/m2] 呼吸中的潜热损失量[W/m2]
乘员舱热舒适性分析技术
的预测～ ～ STAR-CCM+ 的MRT、湿度、PMV的预测～ 、湿度、 的预测
CDAJ-China
CAE － 成本节约和技术革新的关键技术
概述 对于住宅、办公室、 对于住宅、办公室、学校和大厅等建筑物内的舒适性分析 的已经很常见了， 的已经很常见了，近来对于乘员舱内热舒适性的需求越来越 乘员舱内空间一般相对建筑物内空间狭小， 多。乘员舱内空间一般相对建筑物内空间狭小，人员更容易 受到来自窗外光照的影响， 受到来自窗外光照的影响，同时空调口吹风的分布对乘员舱内 的环境的影响也很大， 的环境的影响也很大，因此舱内热舒适性的评价是设计人员 必须考虑的因素，也是提升设计附加值的方法。 必须考虑的因素，也是提升设计附加值的方法。在此我们介 绍如何使用STAR-CCM+进行乘员舱热舒适性分析评价。 进行乘员舱热舒适性分析评价。 绍如何使用 进行乘员舱热舒适性分析评价
• 基础解析内容
– – – – – – – 稳态 湍流（ k湍流（Realizable k-ε） 多组分气体（空气，水蒸气） 多组分气体（空气，水蒸气） 密度： 密度：满足理想气体状态方程 重力 辐射（S2S，灰体，日照） 辐射（S2S，灰体，日照） Passive Scalar
• 网格类型
– Trim Mesh
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各指标在STAR CCM+中的设定 STAR3. 各指标在STAR-CCM+中的设定 - 平均辐射温度 平均辐射温度：Mean Radiant Temperature (MRT)
1. Continua＞Physics1＞Select Models… 依次选择，“Radiation” “Surface依次选择， to-surface Ratiation” “Gray Thermal Radiation” “Solar Loads” 2. 选择 选择“Surface-to-surface Ratiation” （S2S)的场合，“Boundary Mean Radiant 的场合， 的场合 Temprature”就可以作为标准计算变量被选择了。 就可以作为标准计算变量被选择了。 就可以作为标准计算变量被选择了
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1. 舒适性计算模型介绍 • 几何说明
侧窗玻璃 后窗玻璃
前窗玻璃
副驾驶员
驾驶员
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1. 舒适性计算模型介绍 • 边界条件
速度入口
1.0 [m/s] 25.0 [℃] 质量分数 Air [0.9902197] H2O [0.0097803] →相对湿度 50[%] 相对湿度
流量分配出口
流出比 1.0
PH 2O = P ⋅ X v
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P ：圧力[Pa] Xv ：水蒸气的摩尔分数
2. 舒适性评价使用的指标 - 平均空气龄 平均空气龄：Mean Age of Air（MAA） - 空气龄指得是空气由进气口到达室内某一位置的移动时间。 空气龄指得是空气由进气口到达室内某一位置的移动时间。 这种瞬态一样扩散假定的平均到达时间， 这种瞬态一样扩散假定的平均到达时间，即被称作平均空 气龄。 气龄。
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2. 舒适性评价使用的指标 - 相对湿度 相对湿度：Relative Humidity (RH) - 相对湿度指得是，水蒸气分压力同当前温度下饱和水蒸气 相对湿度指得是， 压力之比。 压力之比。 - 定义式 P PH2O ：水蒸气分压力[Pa] RH = H 2O Psat ：饱和水蒸气压[Pa] Psat - 水的饱和蒸汽压计算公式使用JIS采用的SONNTANG公式 水的饱和蒸汽压计算公式使用JIS采用的SONNTANG公式 JIS采用的SONNTANG
pa：水蒸气分压力 [Pa]
- Cres：呼吸中的显热损失量 呼吸中的显热损失量
- Eres：呼吸中的潜热损失量 呼吸中的潜热损失量
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2. 舒适性评价使用的指标 - 不适人员比例：Percentage of dissatisfied persons (PDD) 不适人员比例： - PPD指得是，对在一特定环境感到不适人员的比例。 指得是，对在一特定环境感到不适人员的比例。 指得是
- 定义式
( PDD = 100 − 95e
− 0.03353 PMV 4 + 0.2179 PMV 2
)
- ISO标准中，PDD小于10%的状态为推荐热舒适状态。 标准中， 小于1 的状态为推荐热舒适状态。 标准中 小于 0%的状态为推荐热舒适状态
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2. 舒适性评价使用的指标 - 平均辐射温度 平均辐射温度：Mean Radiant Temperature (MRT) - 平均辐射温度指的是，人体实际周围全方向受到的辐射热 平均辐射温度指的是， 等价至一个均一温度的假象空间的所具有的表面温度， 等价至一个均一温度的假象空间的所具有的表面温度，近 似等于周边壁面的平均表面温度。 似等于周边壁面的平均表面温度。 - 定义式
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1. 舒适性计算模型介绍 • 日照设定
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1. 舒适性计算模型介绍 • 网格数 ：888,336
• • •
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边界层 全局尺寸 最小尺寸
：5.0mm(2层） 层 ：100mm ：10mm
2. 舒适性评价使用的指标 通常的舒适性评价对应以下这些评价指标： 通常的舒适性评价对应以下这些评价指标： 预期平均通感 [ Predicted Mean Vote (PMV)] ] 不适人员比例 [ Percentage of dissatisfied persons (PDD)] ] 平均辐射温度 [ Mean Radiant Temperature (MRT)] ] 相对湿度 [ Relative Humidity (RH) ] 平均空气龄 [ Mean Age of Air (MAA)] ]
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目录 1. 2. 3. 4. 5. 6. 热舒适性计算模型介绍 舒适性评价使用的指标 各指标在STAR CCM+中的设定 STAR各指标在STAR-CCM+中的设定 范例的展示 参考文献 致谢
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1. 舒适性计算模型介绍 • 计算模型概要
– 对乘员舱内的驾驶员、副驾驶员进行PMV/PPD的舒适性预测。 对乘员舱内的驾驶员、副驾驶员进行PMV/PPD的舒适性预测。 PMV/PPD的舒适性预测
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1. 舒适性计算模型介绍 • 边界条件
车体 无滑移 25.0 [℃] 反射比/发射率/透射比=0.2/0.8/0.0 玻璃（前/后/侧） 无滑移 25.0 [℃] 反射比/发射率/透射比=0.1/0.4/0.5 乘员（驾驶员，副驾驶） 无滑移 绝热 反射比/发射率/透射比=0.8/0.2/0.0
Psat = exp[(− 6096.9385)T −1 + 21.2409642 + (− 2.711193e − 2 )T + (1.673952e − 5)T 2 + 2.433502 ln (T )]
T：水蒸气温度[K]
- 水蒸气的分压力即，(压力)×(水蒸气的摩尔分数) 水蒸气的分压力即， 压力) 水蒸气的摩尔分数)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-12-
2. 舒适性评价使用的指标 - 预期平均通感：Predicted Mean Vote (PMV) 预期平均通感： PMV = (0.303e −0.036 M + 0.028)× [(M − W ) − H − Ec − Cres − Eres ] - H：体表面的对流、辐射的热损失 体表面的对流、 体表面的对流
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各指标在STAR CCM+中的设定 STAR3. 各指标在STAR-CCM+中的设定 - 预期平均通感：Predicted Mean Vote (PMV) 预期平均通感： - 不适人员比例：Percentage of dissatisfied persons (PDD) 不适人员比例： - 对PMV，PDD的计算，可以在得到计算结果后通过在 PMV，PDD的计算， 的计算 STAR-CCM+中运行Java宏文件来处理而获得 中运行Java宏文件来处理而获得。 STAR-CCM+中运行Java宏文件来处理而获得。
①依次选择辐射，表面-表面辐射，灰体辐射，日照负荷 ②选择Boundary Mean Radiant Temperature
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各指标在STAR CCM+中的设定 STAR3. 各指标在STAR-CCM+中的设定 - 相对湿度 相对湿度：Relative Humidity (RH)
1. Continua＞Physics1＞Select Models… 依次选择：“Multi-Component Gas” 依次选择： “Non-reacting” 2. Continua ＞Physics1＞Models 1＞ Multi-Component Gas ＞Gas Mixture＞右键 右键 点击Gas Components ＞ New Gas Component ＞选择 选择‘Air(Air)’，重复前面步骤， 重复前面步骤， 点击 选择 重复前面步骤 选择‘H2O(Water)’。 选择 H2O(Water)’