基于人体热调节模型的乘员舱热舒适性分析

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｒｍａｌｒｅａｃｔｉｏｎｒｕｌｅｏｆｏｃｃｕｐａｎｔｓｓｏａｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｍｆｏｒｔ ｉｎｐａｓｓｅｎｇｅｒｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ，ｗｉｔｈｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｂｏｄｙｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ｍｅｔａｂｏ ｌｉｓｍ，ｃｌｏｔｈｉｎｇｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｓ，ａｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｉｔｈｈｕｍａｎｂｏｄｙｔｈｅｒｍａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆａｖｅｒａｇｅｓｋｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ ｈｅａｄ，ｃｈｅｓｔ，ａｒｍｓａｎｄｌｅｇｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｗｉｔｈｔｈｅｈｅａｔｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌｃｏｍｆｏｒｔｃｈａｎｇｉｎｇｒｕｌｅａｎａ ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅｌｉａｂｌｙａｎａｌｙｚｅｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌｃｏｍｆｏｒｔｏｆｏｃｃｕｐａｎｔｓ．Ｗｈｅｎｈｅａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｉｓｓｗｉｔｃｈｅｄｏｎ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｔｈｅｒｍａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｒａｎｓｉｅｎｔｌｙ ｃｈａｎｇｅｓａｎｄｔｈｅｓｋｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｓｏｆｏｃｃｕｐａｎｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｔｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｓｃｈａｎｇｅｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙ．Ｉｎ ｈｅａｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｕｍａｎｂｏｄｙ，ｉ．ｅ．ｖａｓｏｄｉｌａｔｉｏｎａｎｄｓｗｅａｔｉｎｇｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄ ｈｅｎｃｅｈｅａｔｉｓｔａｋｅｎａｗａｙｆｒｏｍ ｔｈｅｂｏｄｙｔｏｍａｉｎｔａｉｎｂｏｄｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｓｔａｎｔ．
适状态。乘员受到外界太阳辐射、车内空气的温度 与气流和座椅热传导等因素的影响，人 车 环境系 统是一个集合对流、辐射、蒸发和传导等热交换模型 的复杂系统。同时，人体衣服热特性、乘坐空间和人 体热调节行为等因素，也影响乘员热舒适的稳定性。 复杂的人 车 环境系统和在短时间车内不同位置乘
国家自然科学基金（５１７７５１９３）和广州市科技计划项目（２０１７０７０２００４５）资助。 原稿收到日期为 ２０１８年 ５月 ２４日，修改稿收到日期为 ２０１８年 ８月 ３１日。 通信作者：兰凤崇，教授，Ｅｍａｉｌ：ｆｃｌａｎ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
［摘要］ 为研究乘员的动态热反应规律，以提高乘员舱内的热舒适性，综合考虑环境参数、人体调节、代谢水 平、服装热阻等因素，建立车内热环境与人体热调节模型耦合计算方法，计算乘员重要热感应部位头部、胸部和四肢 的皮肤平均温度动态变化情况，并分析人体热调节反应和热舒适性变化规律。结果表明，乘员舱热环境与人体热调 节模型的耦合计算方法可较可靠地分析乘员动态热反应和热舒适性；在暖风系统开启时，车内热环境瞬态变化，在 不同乘坐位置乘员不同身体部位的皮肤温度变化存在差异；在热环境中，乘员皮肤温度上升，人体的热调节参数血 管舒张量和出汗量增加，从而带走体内热量，维持体温恒定。
２０１９年（第 ４１卷）第 ６期 ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０１９．０６．０１７
汽 车 工 程 ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１９（Ｖｏｌ．４１）Ｎｏ．６
基于人体热调节模型的乘员舱热舒源自文库性分析
陈吉清，郑习娇，兰凤崇，彭 睿
（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东省汽车工程重点实验室，广州 ５１０６４０）
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汽 车 工 程
２０１９年（第 ４１卷）第 ６期
员对于热舒适性的需求，使汽车热舒适性研究存在 一定难度。
大多数汽车热舒适性的研究通过计算乘员舱热 流场分布，分 析 车 内 热 环 境 对 乘 员 热 舒 适 的 影 响。 其中一些研究添加了人体几何模型，并考虑人体散 热对车内环境的影响，将人体模型的边界条件设置 为固 定 热 流 量 或 固 定 温 度。 Ｚｈａｎｇ等 人［２－３］利 用 Ｆｌｕｅｎｔ软件计算汽车在两种行驶车速下空调制冷过 程中乘员舱的瞬态温度场分布，仿真与试验结果比 较符合，并根据这个仿真模型分析了出风口送风参 数、外界环境温度、车速、乘员人数和玻璃材料特性 对空调 热 负 荷 和 乘 员 舱 热 流 场 的 影 响。 张 文 灿 等 人［４］采用数值模拟计算了太阳辐射下汽车在加热阶 段的壁面温度和车内空气温度的动态变化过程，并 得到试验验证。芦克龙［５］和唐江明［６］等人在乘员舱 空间中建立了人体模型，对汽车风道和乘员舱的气 流进行数值模拟，以当量温度作为热舒适性指标，分 别对 空 调 风 道 和 送 风 格 栅 进 行 了 优 化。 Ｋｉｌｉｃ等 人［７］分别计算在人体边界条件为固定的热流量和固 定温度情况下，空调制冷过程中不同出风口温度和 速度对乘员舱瞬态热流场变化的影响。
关键词：乘员舱；人体热舒适性；人体热调节模型
ＡｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＴｈｅｒｍａｌＣｏｍｆｏｒｔｉｎＰａｓｓｅｎｇｅｒＣｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ ＢａｓｅｄｏｎＨｕｍａｎＴｈｅｒｍａｌＲｅｇｕｌａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ
ＣｈｅｎＪｉｑｉｎｇ，ＺｈｅｎｇＸｉｊｉａｏ，ＬａｎＦｅｎｇｃｈｏｎｇ＆ ＰｅｎｇＲｕｉ
ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｓｓｅｎｇｅｒｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ；ｈｕｍａｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｍｆｏｒｔ；ｈｕｍａｎｔｈｅｒｍａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ
前言
汽车在 大 多 数 情 况 下 都 是 短 途 出 行。 研 究 表 明［１］，８５％的汽车行程都在 １８ｋｍ以内，时间在 １５～ ３０ｍｉｎ之间，在如此短的时间内人体很难达到热舒