基于人因的空调客车室内热环境的模拟研讨.pdf

六其 他 基于人因的空调客车室内热环境的模拟研究 向立平1，王汉青2，李孔清1 (1．湖南科技大学能源学院湖南湘潭411201；2．湖南工业大学土木学院湖南株洲412008) E湍流模 摘要：车内空气的温度和速度足影响人体舒适性的重要因素。运用稳态不可压缩雷诺平均N—S方程，k 型，采用有限容积和交错网格将计算区域进行离散，对汽车车厢内三维空气流场和温度场进行了数值计 算，考虑r太阳辐射和人体散热对速度场和温度场的影响。结果表明人体散热对气流的流场和温度场有 较大的影响，太阳辐射对流场影响较小，但对温度场有较大的影响。研究结果对进一步改进车室内环境的 控制方法具有重要的指导意义。 关键词：汽车空调湍流模型流场温度场太阳辐射 1引 言 热舒适是人一机一环境系统工程研究的重要问题之一。人体的热舒适可以通过研究人体对热环境的主观 热反映，得到人体热舒适时环境参数结合的最佳范围和允许范围，以便确定相应的控制和调节方法。空调车 室内空气的速度场、温度场研究是空调车室内气流组织设计及空调车室内舒适环境评价与研究的基础。但 由于车厢内部环境受太刚辐射和乘客散热的影响，且车内结构复杂、运行环境温差大、人员变化大、速度场和 温度场相互影响、强迫对流和自然对流共存以及气固耦合等因素的存在，用实验方法研究车厢内部的气流组 织具有相当大的难度。以往通过求解射流的经验公式来确定车厢内各个断面的温度分布和速度分布，然后 通过改变送风口的位置和尺寸以满足设计要求已越来越不被人们接受，而采用数值方法对空调车厢内气流 算了太阳辐射和人体散热条件下在人客车室内的三维流场，进而为改善司乘人员的热舒适性和热感觉提供 重要指导。 2物理模型及数学模型 2．1物理模型 以45个座位的豪华空调客车为研究对象，考虑到客车车厢内结构相对较为复杂，在数值计算中难于根 据实际的结构生成计算网格，由于车厢内部的布置左右对称，除前端驾驶员位置使边界条件相异外，基本上 可认为车室内的几何结构是左右对称的。车厢左右两侧各设12排座椅，风道位于车顶左右两侧，且每个风 道各开12个正对座椅向下送风的送风口，回风口位于车顶中央，其计算模型如图1所示。 图1汽车车厢网格物理模型 自主创新粤}罩U协统工租的持续与科t妒发晨 2．2数学模型 采用忌-￡三维湍流模型方程。为了简化问题，作如下假设： (1)空调车室内空气为不可压缩且符合Boussinesq假设，即认为流体密度变化仅对浮升力产生影响； (2)流动为稳态湍流； (3)忽略固体壁面间的热辐射，车室内空气为辐射透明介质； (4)假设流场具有高湍流Re数，流体的湍流粘性具有各向同性； (5)气流为低速不可压缩流动，可忽略由流体的粘性力作功所引起的耗散热； (6)不考虑漏风的影响，认为空调车室内气密性良好。 根据以上假设，空调车室内空气流动与传热数学模型以张量形式描述如下[7]： (1)连续性方程 _dui一0，i=1，2，3 (1) (2)运动方程 、 2 毫(肛鳓)一一百3 (2) a[(／1+肫)(差+瑟)+风瓦一T)pg] (3)能量方程 去(膨∞一百3z；LIP．／E，_TdPT‘J兆3T厂-,,cq， (3) (4)湍流脉动动能方程(愚方程) 蠹(1Dzlzk) (4) 慨3(＼圳I-t,