背景

    随着汽车技术的不断发展,人们开始越来越关注车内热舒适度的设计,热舒适度会影响驾驶员和乘客的舒适感以及健康状况,过高或过低的湿度也可能导致乘坐者的不适感,并且热舒适度也会影响驾驶员的注意力和反应能力。在极端的温度条件下,驾驶员可能会感到疲劳、昏昏欲睡或注意力不集中,从而降低驾驶安全性。良好的热舒适度可以提供一个舒适的驾驶环境,使驾驶员保持清醒和专注,从而提高驾驶安全性。因此对于车内驾驶员和乘客热舒适度仿真已经成了目前汽车行业的研究热点。

    对于该类问题仿真设计工程师可以使用索辰通用流体仿真软件进行车内热舒适度计算,通过对仿真结果的分析,帮助工程师进行相关分析和论证,从而找到满足车内舒适度设计的最优方案。本文使用的是索辰通用流体仿真软件采用PMV热舒适度模型对车内流场进行热舒适度仿真计算。

问题和挑战

    一般来说,安装空调系统的主要目的是为室内人员创造舒适的热环境。美国采暖制冷与空调工程师学会 ASHRAE 标准 55 和国际标准化组织 ISO 标准 7730 中规定了能够让大多数人感到满意的空气温度范围,这些标准的主要依据是丹麦 Fanger 教授及其同事在实验研究基础上得到的人体热舒适模型, 即 PMV 热舒适模型。该模型综合了人体变量和环境变量中 6 个影响人体热舒适的因素, 其采用的 PMV 指标是迄今为止最全面的评价热环境指标。

    车内热舒适度调节的主要方式有空调系统调节和座椅加热系统调节。对于夏季来说,良好的空调系统可以保持车内的温度舒适,防止驾驶员和乘客出汗和中暑。针对这一情况,本文通过对汽车内部流场的仿真计算来分析夏日汽车内部的热舒适度问题。

实施步骤

    索辰通用流体仿真软件提供针对室外热舒适计算的人体舒适度指数模型(ICHB)和针对室内/封闭空间的热舒适度计算预测平均评价模型(PMV)。通过自定义或选项方式快速设置新陈代谢率(mct)和服装热阻(clo)。

1、几何模型

    索辰通用流体仿真软件支持原生格式,包括CATIAV4/V5/V6、SiemensNX、Solidworks、AutodeskInventor、PTCCreo、ICEMCFD、OpenSCad、AutoCAD、AutoGrid;中性格式,包括IGES、STEP、Parasolid、ACIS、JT、IDF、PRC等各种常用格式文件的导入和导出。

    下图展示了计算模型导入索辰通用流体仿真软件中的情况,以及使用索辰通用后处理软件展示的计算模型俯视图。

2、仿真计算参数

3、网格划分

    索辰通用流体仿真软件采用的Cut-Cell前处理技术能帮助工程师从复杂几何模型快速生成支持仿真计算的表面网格。

    仿真工程师仅需通过给定最细网格尺寸和最细层数就能够自动化分网格。

4、结果查看

    用户可使用索辰通用后处理软件查看计算结果,如下图所示。

    研究表明,人体在环境相对湿度为 30% ~ 60%,热舒适度在 -1 ~ 1之间的感受是较为适宜的。从上述结果可以看出,由于出风口位于车内前排座椅两侧和两排座椅之间,温度分布是从出风口处向车内逐步扩散,起初前排座椅两侧的温度较凉,随着时间的推移车内温度将逐步达到一个较为舒适的情况。

    索辰通用流体仿真软件的热舒适度模型能够满足大部分内部或外部的热舒适度相关计算要求,通过简单的设置快速进行仿真计算,帮助工程师找到最佳设计方案。

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