0 前言
随着生活水平的提高、汽车市场的成熟、气候条件的恶劣，用户越来越多的关注到汽车空调热舒适性。适宜的热舒适性，可以缓解驾驶疲劳，调节情绪，从而提高驾驶安全性。现阶段，随着消费水平的提高，热舒适性已不仅仅是高端车的衡量标准，而是深入消费者内心的诉求。
在研究车辆热舒适性时，由于内外环境因素的相互影响，同时由于有人体感官的参与，通过实验手段进行分析难度重重，而通过CFD手段则能较好的解决这些问题。通过CFD计算，能获取乘员舱的速度场与温度场信息。乘员舱内的速度场、温度场的分布是研究车室内气流组织以及热舒适性评价与研究的基础，其分布与很多因素有关，如送、回风口形式、位置；送、回风状态、厢体热特性、乘员舱几何形状及热源分布等。
目前，美国、欧洲、日本等汽车工业先进的国家和地区对CFD的基础和应用研究都处于领先水平，国内也己利用CFD手段基于PMV评价热舒适性。同济大学汽车学院与奇瑞汽车就轿车热环境模拟及风口面积对乘客舒适性的影响进行了研究，表明改变喷口面积可在一定范围内调节车内热舒适性，空调设计时可以利用这一点来提高冷负荷的利用率。吉林大学郭莉钰以炎热地区气象参数为例，分析室外气候和太阳辐射对汽车停放过程的影响状况，以及采用自然预冷措施的作用和特征分析。
绝大多数的情况都着重考虑了辐射对热舒适性的影响，并考虑到车身厚度以及车身传热系数等因素的影响，由于整车开发过程中玻璃的特性参数及车身的特性参数不能准确获得，对整车开发产生不利影响，针对于此，本文依据实验和标定数据，提出一组恒温壁面边界条件，利用Star CCM+对乘员舱的速度场与温度场进行CFD计算，在此基础上，对监测点的PMV值进行计算，从而评估乘员舱的热舒适性。
1 数值计算理论
1.1 理论基础
本文采用k-ε三维紊流模型方程。为了简化问题，作如下假设：①乘员舱内空气为理想气体；②流动为稳态紊流；③考虑重力影响。
表1 PMV与热感觉对应关系
当前，由P.O.Fanger推导出的热舒适性方程可以计算出人对热环境的舒适感觉，并将这种感觉分为7级（见表1）。国际标准化组织推荐的PMV范围在-0.5～0.5之间，处在这种环境下人群的预计不满意者比例为不大于10%。目前国内一般推荐PMV值在-0.75～0.75之间可视为适宜热舒适环境。
1.2 计算模型
针对关注的特别位置，在模型内部创建监测点阵（如图1），获取每个点阵的速度平均值与温度平均值的信息，再导入PMV方程中求取表征热舒适性的PMV值。
图1 某车型乘员舱监测点分布
2 数值分析及优化
2.1 基础方案
图2为原数据方案下的吹面风管出风口速度分布，可以看出主驾驶侧和副驾驶侧吹面风管出风口速度较一致，而中间出风口的速度一致性较差，右侧出风口的风速要明显高于左侧出风口。
图2 某车型基础方案吹面风管出风口速度分布
从表2可看出，在原数据方案状态下，中间出风口右侧阻力低于左侧出风口，使得中间出风口右侧流量分配高于左侧，对于相同的出风口面积，从而导致中间出风口右侧风速大于左侧。在这样的影响条件下会导致乘员舱速度均匀性较差，从而导致乘员热舒适性产生感官上的较大差别。
表2 基础方案管道流量分配及压降
从表3的计算结果可以看出，由于速度场的不均匀性，使得温度场的均匀性受到影响，在热舒适性上体现为不一致。
表3 基础方案关注点热舒适性参数
2.2 优化方案
针对由于流量分配不均而导致的吹面风管出风口速度差异，通过调整吹面风管的结构特点，平衡吹面风管各风口的流量分配，从而保证从风口喷出的气流速度的一致性（如图3），为整个乘员舱的流场与温度场的平衡提供最基本的保证。在此基础上，分别对优化方案的速度场与温度场信息进行统计，利用PMV方程再次衡量热舒适性。
图3 某车型优化方案吹面风管出风口速度分布
表4 优化方案管道流量分配及压降
通过优化，吹面风管的流量分配趋于平衡（如表4），乘员舱的温度场与速度场均匀性得到了改善，关注点的热舒适性参数处于推荐的较适宜区间（如表5）。
表5 优化方案关注点热舒适性参数
3 结论
根据所提出的一组恒温壁面边界条件，利用Star CCM+对某车型进行CFD计算，在获取计算模型的速度场与温度场后利用PMV方程求取表征热舒适性的PMV值。结果表明，在所提出的边界条件下，能有效反映吹面风管的结构优化对乘员舱速度场与温度场的影响，PMV值对优化方案的改动较敏感，该边界条件能够作为整车热舒适性开发CFD分析的输入。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：基于PMV的汽车空调热舒适性模拟与优化
相关文章
