汽车乘员舱热管理综述

汽车乘员舱热管理分析

1汽车乘员舱热管理简述

汽车乘员舱热管理的研究又常叫做汽车乘员舱热舒适行的研究。美国供暖空调工程师学会的标准中明确定义热舒适性是人体对热环境表示满意的意识状态。由于不同的人对热舒适经的好坏因生理调节能力与主观的不同而有所区别。因此因此人们对温度的舒适界限是一个模糊的范围而不是某个特定的值。因此结合国内外热舒适性相关研究文献以及我国人们的温度感觉习惯，对乘员舱内气流环境提出了以下主要参数：

(1)乘员舱内外温差和乘员舱内平均温度

(2)乘员舱内相对湿度

(3)乘员舱内气流速度

(4)乘员舱内空气更新量

(5)乘员舱内温升、温降速率

(6)乘员舱内部温度场分布

(7)送风口风速差值及送风口位置的布置

2.1空调热负荷

空调热负荷由太阳辐射、人体散热、发动机舱传热以及空气渗透等组成。在稳定情况下，制冷量与汽车所受的热负荷相等，热量平衡方程为：

式中，0Q 为实际工况制冷量；load Q 为空调热负荷；M Q 为空调风机散热量；P Q 为驾乘人员散热量；V Q 为空气渗透进入舱内的热负荷；B Q 为通过车身壁面传入舱内的热负荷；Bi Q 为太阳辐射透过汽车玻璃进入舱内的热负荷；C Q 为地板传入舱内的热负荷；E Q 为从发动机舱传入乘员舱的热负荷

2汽车乘员舱热舒适性数值计算

；G Q 为太阳辐射被汽车玻璃吸收导入引起的热负荷。

汽车热负荷模型示意图如下

图1 汽车乘员舱内热平衡模型

2.2乘员热舒适性数值计算流程

下面提供一种计算方案 即利用计算流体动力学CFD 技术对汽车乘员舱内驾乘人员热舒适性进行数值模拟，现将数值模拟的计算过程归纳如下：

（1）.建立汽车乘员舱三维数学模型

（2）.进行模型的网格划分

（3）.确立计算模型的边界条件

（4）.乘员热舒适性的计算

（5）.对驾乘人员进行热舒适性评判分析

2.3乘员热舒适性评价汽车乘员舱热管理的研究又常叫做汽车乘员舱热舒适行的研究。美国供暖空调工程师学会的标准中明确定义热舒适性是人体对热环境表示满意的意识状态。由于不同的人对热舒适经的好坏因生理调节能力与主观的不同而有所区别。因此因此人们对温度的舒适界限是一个模糊的范围而不是某个特定的值。因此结合国内外热舒适性相关研究文献以及我国人们的温度感觉习惯，对乘员舱内气流环境提出了以下主要参数：

(1)乘员舱内外温差和乘员舱内平均温度

(2)乘员舱内相对湿度

(3)乘员舱内气流速度

(4)乘员舱内空气更新量

(5)乘员舱内温升、温降速率

(6)乘员舱内部温度场分布

(8)送风口风速差值及送风口位置的布置

空调热负荷由太阳辐射、人体散热、发动机舱传热以及空气渗透等组成。在稳定情况下，制冷量与汽车所受的热负荷相等，热量平衡方程为：

式中，0Q 为实际工况制冷量；load Q 为空调热负荷；M Q 为空调风机散热量；P Q 为驾乘人员散热量；V Q 为空气渗透进入舱内的热负荷；B Q 为通过车身壁面传入舱内的热负荷；

Bi Q 为太阳辐射透过汽车玻璃进入舱内的热负荷；C Q 为地板传入舱内的热负荷；E Q 为从发动机舱传入乘员舱的热负荷；G Q 为太阳辐射被汽车玻璃吸收导入引起的热负荷。

汽车热负荷模型示意图如下

下面提供一种计算方案 即利用计算流体动力学CFD 技术对汽车乘员舱内驾乘人员热舒适性进行数值模拟，现将数值模拟的计算过程归纳如下：

（1）.建立汽车乘员舱三维数学模型

（2）.进行模型的网格划分

（3）.确立计算模型的边界条件

（4）.乘员热舒适性的计算

（5）.对驾乘人员进行热舒适性评判分析

2.3乘员热舒适性评价

汽车乘员舱是一个微环境，所受的热源众多，而且太阳辐射分布不均，乘员 舱内的温度与速度变化梯度大，热环境非常不均匀。因此可以选择等效温度Teq

作为热舒适性评价指标。Teq 的公式如下：

往往人体对温度的敏感度不同部位有很大的区别，因此等效温度大的地方不一定对热舒适性产生很大的影响。所以在进行舒适性评价时要结合热辐射和热辐射的位置来共同参与评价。

3.空调风道改进及对乘员热舒适性影响

现在大多数轿车都安装了空调系统!这不仅提高了汽车的舒适性!也提高了汽车的安全性能"设计汽车空调系统时，需要考虑很多因素。汽车空调的送风风道是汽车空调系统中重要的部件之一，其设计水平直接影响车内气流组织的合理性!从而影响乘员的热舒适性"对空调风道进行风量分析，评价空调系统设计是否合理，对提高乘员的热舒适性具有非常重要的工程意义。

２００７年，江淮汽车公司的霍长宏、刘江波等用ＣＦＤ方法对某轻卡驾驶室除霜风道出口流量分配进行了分析，同时对风道结构进行了改进。２００８年，上海交大的吴金玉、陈江平通过对暖通空调（ＨＶＡＣ）及风道内部场的ＣＦＤ分析，考察了风道内部结构对风量分配和送风量的影响，并提出了改进方法。利用ＣＦＤ分析了ＨＶＡＣ 内气流的流动，并考虑了３种模式：吹面模式、除霜模式、吹脚模式。２０１０年，江淮汽车公司的陶其铭、许至宝等运用ＣＦＤ方法对某款汽车空调除霜风道内部流动进行了分析，并对其内部扰流板结构进行了改进设计，使得除霜风道各出风口分风比较为合理。２０１１年，上海工程技术大学的杨国平等借助ＣＦＤ方法建立了某轿车风道模型，并通过改进中央风道的性能，使各出风口的均匀性得到了提高。

4汽车乘员舱热舒适性改进

通常为了改善乘员热舒适性，最简单直接的方法就是提高汽车空调性能，如提高风机和压缩机的转速。但是这会直接增加发动机的负担，增大油耗，加重车主经济负担。同时在石油逐渐枯竭，环境不断恶化的今天，“节能减排”为当今主题，因此单纯的提高汽车空调性能是不经济也是不科学的。

通过减少进入汽车乘员舱的热量来提高驾乘人员的热舒适性，是一种比较直接的改进方法。减少进入的热量有两种方法，一种是采用阻断红外线进入汽车乘员舱来减少热量的摄入，另一种是提高汽车玻璃和汽车车身结构的热阻，使导入乘员舱的热量减少。由于太阳辐射热量绝大部分都是以透射的方式进入乘员舱内，因此本节通过第一种方法来减少进入乘员舱的热量。通过改进乘员舱内部的气流组织，不仅可以提高乘员舱内部空气的新鲜度，同时对乘员热舒适性也有很好地改善。当汽车乘员舱中载有多个乘员时，传统的前仪表板处四出风口一般都不能满足后排乘员的热舒适要求，因此需要为后排乘员添加空调出风口，增加后排空间的热舒适度。同时由于每个人的感觉不同，对舒适的范围要求也不一样，因此可采用独立控制系统来满足不同人员的舒适性。

6.总结

本篇论文主要对乘员舱热管理做出了简单的表述。其中大致包括了热舒适性的描述，有关舒适性的一些简单计算。还有就是空调出口的改进对乘员舱热管理的影响以及一些改进热舒适性的办法和措施。

参考文献

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版).2002，25 (8 ):65-69

【4】尹郁琦，汽车乘员舱热舒适性研究与改进，湖南大学硕士学位论文，2011

【5】靳艳梅，王保国，刘淑艳.车室人体热舒适性的计算模型.人类工效学.2005，11(2):16-19

【6】方贵银，李辉．汽车空调技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．

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【8】霍长宏，刘江波，俞燕．ＣＦＤ分析和模拟技术在某轻卡风道设计中的应用［Ｊ］．合肥工业大学学报：自然科学版，２００７，３０（Ｓｕｐ１）：１９－２１．【9】吴金玉，陈江平．汽车空调蒸发器总成及风道的数值研究［Ｊ］．流体机械，２００８，３６（７）：５９－６２．

【10】ＰａｔｉｄａｒＡ，ＮａｔａｒａｊａｎＳ，ＰａｎｄｅＭ．ＣＦＤａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆａｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ