熱舒適性研究的案例
空調(diào)系統(tǒng)及乘員艙熱舒適性
空調(diào)系統(tǒng)是汽車不可缺少的部分，好的空調(diào)系統(tǒng)不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
①、通過對空調(diào)系統(tǒng)進行CFD數(shù)值模擬分析，可以獲得空調(diào)風(fēng)道的空氣分配情況、風(fēng)道的阻力特性、各出風(fēng)口的空氣流速等，為優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計提供依據(jù)。
②、通過對風(fēng)擋和側(cè)窗進行除霜除霧分析，可以得到當(dāng)前設(shè)計的除霜除霧性能，為改進出風(fēng)口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據(jù)。
③、通過對乘員艙內(nèi)的CFD分析，可以得到艙內(nèi)的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產(chǎn)品在空調(diào)系統(tǒng)方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內(nèi)的流線圖
展開 汽車NVH特性研究在改進乘坐舒適性中的應(yīng)用
隨著消費者對乘坐體驗的要求越來越高，越來越看重汽車產(chǎn)品的舒適性即NVH性能，因此汽車開發(fā)中也必不可少的要進行NVH分析。
NVH包括：噪音（Noise）、振動（Vibration）、平穩(wěn)（Harshness），即乘坐“舒適感”。車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)關(guān)注的問題之一。這是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合性問題，它給汽車用戶的感受是最直接的。
有統(tǒng)計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和車輛的NVH問題有關(guān)系，而各大公司有近20%的研發(fā)費用消耗在解決車輛的NVH問題上。
NVH特性的研究不僅僅適用于整個汽車新產(chǎn)品的開發(fā)過程，而且適用于改進現(xiàn)有車型乘坐舒適性的研究。
汽車制動時產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重影響了車室內(nèi)乘員的舒適性，實驗證明制動噪聲主要是由于制動器摩擦元件磨損不均勻造成的，通過對制動盤等元件進行有限元分析以及它的磨損特性對產(chǎn)生噪聲的影響等問題的研究，可以改善制動工況下的整車NVH特性。
而汽車NVH分析則涉及到汽車在各級頻率的模態(tài)分析，不同路面工況激勵下的汽車振型，還有風(fēng)噪、發(fā)動機噪聲、輪胎噪聲等聲學(xué)研究，這些都離不開CAE仿真分析。
從NVH的觀點來看，汽車是一個由激勵源（發(fā)動機、變速器、路面等）、振動傳遞器（由懸掛系統(tǒng)、懸置系統(tǒng)和邊接件組成）和噪聲發(fā)射器（車身）組成的系統(tǒng)。
展開 THESEUS-FE飛機成員艙熱舒適性分析
對于座艙內(nèi)熱環(huán)境，THESEUS-FE可以采用假人模型進行座艙熱舒適性分析。同時，THESEUS-FE Coupler模塊可實現(xiàn)傳熱—CFD協(xié)同仿真。不依賴于第三方軟件，Coupler可實現(xiàn)THESEUS-FE和CFD求解器Star-CCM+或OpenFOAM之間的雙向耦合仿真，最為精確地仿真流體對結(jié)構(gòu)的對流效應(yīng)和結(jié)構(gòu)溫度對流動的影響。使用該技術(shù)可得到極高精度的發(fā)動機艙熱管理分析和座艙熱舒適性分析結(jié)果，與實測結(jié)果吻合程度非常高。
本案例是采用Star-CCM+與THESEUS-FE雙向耦合，分析飛機乘員艙內(nèi)的熱舒適性。
算例使用THESEUS-FEtigong的假人模型—FIALA-FE。假人模型融合了最先進的熱生理學(xué)研究成果，可以非常準(zhǔn)確的預(yù)測人體對熱環(huán)境的反應(yīng)進而對熱舒適性進行評估。FIALA-FE可模擬真人的復(fù)雜生理反應(yīng)，包括血液流動、呼吸等代謝反應(yīng)，以及出汗、寒噤等生理現(xiàn)象。FIALA-FE假人模型完全集成在THESEUS-FE求解器中，可以輸出局部或者整體的熱舒適性指標(biāo)。
算例使用Star-CCM+的流體分析結(jié)果與Theseus-FE傳熱分析軟件相結(jié)合，提高計算精度。
具體計算方法如下：
l使用StarCD的流體分析結(jié)果與Theseus-FE傳熱分析軟件相結(jié)合，提高計算精度。
lTHESEUS-FE計算結(jié)構(gòu)壁面溫度；包含輻射模型、熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)換熱。
lStarCD計算室內(nèi)氣體的濕度、速度和溫度。
最終艙壁溫度計算結(jié)果：
根據(jù)熱舒適性指標(biāo)評價人體舒適性：
THESEUS-FE飛機成員艙熱舒適性分析.pdf
展開 視頻 I 如何優(yōu)化熱管理策略，提高電動汽車座艙舒適性
為乘員提供更好的電動汽車座艙舒適性體驗
電動汽車 (EV) 能量管理優(yōu)化是減少里程焦慮的關(guān)鍵。在極端溫度條件下，座艙熱舒適性管理是最大的能耗因素之一。這是否意味著必須為了自動駕駛而犧牲乘員舒適性？工程師要想平衡這一重大挑戰(zhàn)，有哪些選項可供選擇？從早期階段到校準(zhǔn)階段，如何預(yù)測乘員熱舒適性并盡可能降低其對整體能量流的影響？
電動汽車座艙熱管理策略中缺失的一環(huán)
可采用兩種建模策略預(yù)測熱系統(tǒng)性能。系統(tǒng)仿真可確定系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)模并在集成階段評估設(shè)計。相較之下，計算流體力學(xué) (CFD) 仿真可提供十分詳細的組件級別的分析。在孤立的方法中，以上任一種仿真都可用于評估系統(tǒng)不同水平的保真度。但是，同時采用這兩種仿真可幫助加速和進一步保護設(shè)計流程。
要想填補可將這兩者完美結(jié)合的缺失環(huán)節(jié)，敬請觀看這場由弗雷德·羅斯 (Fred Ross) 和托馬斯·德斯巴拉茨 (Thomas Desbarat) 主講的網(wǎng)絡(luò)研討會。您將了解如何通過在結(jié)構(gòu)化和直觀的工作流程中采用連續(xù) 1D – CFD 方法進行仿真來優(yōu)化電動汽車座艙熱管理策略。
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講師介紹
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Frederick Ross
Simcenter 流體和熱領(lǐng)域汽車業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理, Siemens Digital Industries Software
弗雷德里克 (Frederick) 于 1989 年加入 CD-Adapco，該公司隨后于 2016 年被西門子收購，他擁有豐富的經(jīng)驗，主要致力于與客戶合作開發(fā)各種應(yīng)用，例如車輛熱保護、空氣動力學(xué)以及乘員熱舒適性。
展開 
精華 | 基于TAITherm軟件進行人體熱舒適性分析
在整車的產(chǎn)品開發(fā)過程中，熱舒適性作為重要的評價指標(biāo)已經(jīng)被越來越多的整車廠所重視。這一指標(biāo)的存在可以更好的服務(wù)于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程。
影響人體熱舒適性的因素有多方面，對環(huán)境而言，除了空氣的溫度、濕度和流速外，還有環(huán)境對人體的平均輻射溫度；對人體而言，有人體的代謝產(chǎn)熱量和衣著熱阻。人在環(huán)境中的冷熱感覺是這六大因素對人體共同作用的結(jié)果。
熱舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)
早期的熱舒適度標(biāo)準(zhǔn)，如預(yù)期平均投票數(shù)(PMV，F(xiàn)anger 1970)、預(yù)測不滿意百分?jǐn)?shù)(PPD，F(xiàn)anger 1982)、當(dāng)量均勻溫度(EHT，Wyon et al. 1989)、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(SET，Gagge 1986)和動態(tài)熱感知(DTS，F(xiàn)iala et al. 2003)等均是基于環(huán)境的評價標(biāo)準(zhǔn)，而Berkeley舒適度模型（Zhang et al. 2009）是基于人體生理機能的熱舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)，并考慮局部舒適度對整體熱舒適度的影響，更加適合艙體等氣流不均的密閉空間。
如何在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計過程中借助仿真分析獲得人體熱舒適性的評價指標(biāo)？進而作為空調(diào)系統(tǒng)好壞的評價標(biāo)準(zhǔn)。在此過程中既能完成出風(fēng)口布局優(yōu)化設(shè)計，也為車身隔熱設(shè)計獲得支撐數(shù)據(jù)；既考慮外界環(huán)境包括太陽光照射的影響，又考慮人體自身生熱影響；并評估空調(diào)系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)將艙內(nèi)溫度降到規(guī)定溫度的能力。本文將通過基于專業(yè)熱設(shè)計軟件TAITherm進行人體熱舒適性分析的案例對上述問題給出答案。
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——駕駛室乘客的熱舒適性
如今，乘用車不僅要具備交通運輸功能，還要考慮到車內(nèi)人員的舒適性。本篇博文基于STAR-CCM+這款軟件，進行汽車駕駛室乘客的熱舒適性的分析。
1、
問題描述
熱舒適性管理(TCM) 模型充分考慮了人體的特性。使您可以監(jiān)測皮膚表面溫度下的流體情況的效果。TCM模型運行其可基于周圍環(huán)境計算出乘客的熱狀態(tài)。，如下所示：
2、
STAR-CCM+設(shè)置
（1）設(shè)置物理屬性；本案例流體是恒密度的，且需要考慮熱舒適性，設(shè)置通過駕駛室氣流物理屬性如下：
（2）激活熱舒適性模型可向?qū)ο髽涮砑觾蓚€新節(jié)點，即 TCM 乘客和 TCM 邊界，以及求解器 > 熱舒適性節(jié)點。這兩個新節(jié)點是熱舒適性向?qū)畔⒌恼嘉环?（3）設(shè)置邊界條件，在Regions> Fluid > Boundaries node.節(jié)點，選擇邊界1- Head to 14 – RightFoot，將其熱規(guī)范都改成溫度。選擇邊界Cabin、Console、Doors、Roof、Windows，將其熱規(guī)范都改成對流。選擇所有的進口，將入口邊界指定為質(zhì)量流量入口，將入口的湍流指定更改為帶長度尺度的湍流密度。將出口邊界改為outlet。
（4）激活熱舒適性；單擊（熱舒適性向?qū)В３Ｒ?guī)選項卡，設(shè)置乘客的身高、代謝率和服裝阻力，身體每個部位的溫度等。設(shè)置結(jié)果如下：
單擊熱舒適性向?qū)υ捒蝽敳康母呒壴O(shè)置選項卡。設(shè)置溫度限制器，溫度模型，迭代次數(shù)，設(shè)置結(jié)果如下：
單擊熱舒適性向?qū)υ捒蝽敳康耐獠繉α骱洼椛溥x項卡。定義模型中的所有熱邊界屬性，并指定入口的質(zhì)量流率和溫度。
展開 座艙內(nèi)部流體動力學(xué)分析： AcuSolve預(yù)測乘客熱舒適性及除霜、除霧效果
如何選擇高效的工具來 進行模擬座艙內(nèi)部流體動力 學(xué)分析成為一大挑戰(zhàn)
Altair 解決方案：利用 AcuSolve 預(yù)測汽車乘 客瞬態(tài)的熱舒適性及除霜、 除霧的性能。
優(yōu)點：采用 AcuSolve 軟件可以很 好模擬座艙內(nèi)部熱舒適性分 析及除霜除霧分析，包括了 太陽輻射、封閉輻射、濕度 等眾多因素影響，仿真效果 很好。
背景介紹
偉世通公司采用 Altair CFD 軟件 AcuSolve 預(yù)測汽車乘客瞬態(tài)的熱舒適性及除霜、 除霧的性能。人體舒適模型考慮了溫度、速度、太陽輻射、濕度、衣服材質(zhì)和乘客的活 動。為了考察更詳細的乘客瞬態(tài)舒適性，還置入了假人模型。為了預(yù)測除霜性能，將一 層冰置于車窗表面，冰融化的這一過程可用潛熱模型捕捉。除霧性能可以通過當(dāng)?shù)氐能?窗表面空氣飽和來預(yù)測。
挑戰(zhàn)
CFD 模型的建立
CFD 分析最耗時的是建立一個合適的 CFD 模型。與此相比，純粹的計算時間在一 定程度上顯得略為不重要一些。在汽車的應(yīng)用中，如汽車空氣動力學(xué)特性、發(fā)動機艙內(nèi) 部流動或座艙內(nèi)部流動等表面幾何外形會極其復(fù)雜，在這種情況下，通常的網(wǎng)格劃分方 式需要好幾周，這對于縮短汽車設(shè)計周期是難以接受的。 通常在設(shè)計初期，詳細的 CAD 幾何外形通常還不具備，因此建立幾何參數(shù)化的模型是十分有效的。如下圖所示。
詳細分辨流場和溫度場需要詳細的幾何外形和網(wǎng)格。由于參數(shù)化后，幾何外形的改 變十分的迅速和容易，比如設(shè)計不同形狀的進口和出口會大大加速。
非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格全自動方式生成，表面網(wǎng)格的密度及邊界層網(wǎng)格需要手工設(shè)定。 為了充分的預(yù)測座艙內(nèi)部壁面的熱流，有必要精確分辨近壁區(qū)域的流場和溫度場，因此 邊界層要充分分辨。
展開 軸流壓氣機葉頂噴氣穩(wěn)定性控制研究 中國科學(xué)院工程熱物理研究所李繼超
軸流壓氣機葉頂噴氣穩(wěn)定性控制研究 中國科學(xué)院工程熱物理研究所李繼超
中科院寧波材料所劉小青課題組JPS綜述：生物基熱固性樹脂研究進展
因此，生物基熱固性樹脂應(yīng)在整個合成和使用過程中貫串綠色化學(xué)原理，追求更高效、低毒、可持續(xù)的合成方法，確保高性能或多功能性的同時提高使用壽命。
論文信息：
Recent development on bio-based thermosetting resins Jingkai Liu, Liyue Zhang, Wuliuyi Shun, Jinyue Dai, Yunyan Peng, Xiaoqing Liu* Journal of Polymer Science，DOI：10.1002/pol.20210328
https://doi.org/10.1002/pol.20210328
相關(guān)進展
中科院寧波材料所馬松琪研究員團隊在生物基易回收熱固性樹脂方面取得進展
中科院寧波材料所馬松琪研究員、朱錦研究員等在生物基易回收熱固性樹脂領(lǐng)域取得突破
中科院蘭州化物所王齊華研究員團隊實現(xiàn)熱固性形狀記憶聚酰亞胺的閉環(huán)回收利用
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高分子科技原創(chuàng)文章。
展開 產(chǎn)業(yè)研究 | PIF聚酰亞胺薄膜：在柔性電子器件中，為什么要求低熱膨脹系數(shù)和高透光性？
聚酰亞胺因其優(yōu)異的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、柔韌性等性能，在柔性器件中應(yīng)用越來越廣泛。在柔性顯示或器件用聚酰亞胺技術(shù)方面，本周有6篇新公開專利，包括低CTE、高透光性、高Tg、高拉伸模量、提高膜透射率、耐彎折性等方向的研究。
本文分兩個部分：一、簡要介紹了低CTE的原因，實現(xiàn)聚酰亞胺薄膜（PIF）低CTE的方法。二、顯示用PIF要求高透光性的原因及常用方法的缺點。
聚酰亞胺是指分子鏈含有酰亞胺環(huán)的一類高分子材料，具有高力學(xué)性能、耐高低溫、阻燃、耐輻照等優(yōu)異性能。其產(chǎn)品包括薄膜、纖維、樹脂、泡沫、復(fù)合材料等，廣泛應(yīng)用于國防軍工、微電子、車輛、化工等領(lǐng)域。其中，薄膜材料作為聚酰亞胺最早的商品之一，應(yīng)用于絕緣領(lǐng)域，主要產(chǎn)品有杜邦的Kapton，宇部興產(chǎn)的Upilex，鐘淵的Apical等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品逐漸向小型化、輕便化、可折疊方向發(fā)展，對柔性基板材料的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、柔韌性提出了更高的要求，聚酰亞胺由于其優(yōu)異的綜合性能，成為柔性基板領(lǐng)域最有潛力的應(yīng)用材料。
一、柔性器件中，為何要求PIF具有低熱膨脹系（CTE）？
低熱膨脹系數(shù)：在柔性器件中，聚酰亞胺要與銅、硅片等材料結(jié)合在一起，如果兩種材料的熱膨脹系數(shù)各不相同，在受到冷熱作用后，就會發(fā)生翹曲、開裂。銅的熱膨脹系數(shù)是18ppm/℃，硅片在10ppm/℃以下，而普通聚酰亞胺薄膜的熱膨脹系數(shù)為40～60ppm/℃，因此降低熱膨脹系數(shù)是聚酰亞胺薄膜需要解決的問題之一。
當(dāng)前降低PIF熱膨脹系數(shù)的方法有哪些呢？
方法一：PIF制備過程采用牽伸工藝，使分子鏈沿牽伸方向取向，從而降低薄膜的熱膨脹系數(shù)。
展開 Moldex3D模流分析之德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué) 以Moldex3D研究熱固性射出成型的壁滑移現(xiàn)象
大綱
熱固性塑料在射出制程中的流動行為，過去未能獲得充分解釋。因此在充填階段，熱固性塑料和產(chǎn)品壁面之間是否存在壁滑移現(xiàn)象，仍是未知。本研究將介紹開姆尼茨工業(yè)大學(xué)的學(xué)生如何透過Moldex3D開發(fā)有效的方法，來預(yù)測充填階段高分子聚合物的壁滑移現(xiàn)象。并進一步產(chǎn)出可直接輸入Moldex3D材料庫的材料數(shù)據(jù)表，以仿真熱固性塑料射出成型制程的壁滑移邊界條件。
挑戰(zhàn)
探討熱固性塑料在充填時的壁滑移現(xiàn)象
創(chuàng)建材料數(shù)據(jù)，以執(zhí)行熱固性塑料模擬
預(yù)測多種加熱速度下的流變和反應(yīng)動力學(xué)的主曲線
解決方案
首先該團隊進行不同射出制程的實驗研究，發(fā)現(xiàn)酚醛聚合物和模具壁的交界面有嚴(yán)重的滑移，這是熱塑性材料不會出現(xiàn)的狀況。第二步，成功測量出熱固性射出成型復(fù)合物的流變和熱性質(zhì)。第三步，該團隊以數(shù)值方法建立材料數(shù)據(jù)表，并預(yù)測在多種加熱速度下的黏性和硬化動力學(xué)主曲線，最后，該團隊將數(shù)據(jù)表輸入至Moldex3D的材料庫，以探究在考慮滑移邊界條件之下，射出成型制程的模擬結(jié)果。而實驗結(jié)果也顯示，熱固性塑料和模腔表面的交界面上有嚴(yán)重的滑移。
效益
驗證熱固性塑料射出成型中壁滑移現(xiàn)象的影響
比較熱固性和熱塑性材料的流動行為
創(chuàng)建了反映射出成型仿真的材料數(shù)據(jù)表
案例研究
開姆尼茨工業(yè)大學(xué)研究員Tran-Ngoc Tu博士欲研究熱固性材料(Vyncolit X655 PF-(GF+Mineral) 80%)在有壁滑移情型下的流動行為，并觀察充填過程中流動波前和膜腔壁表面之間的現(xiàn)象，結(jié)果顯示熱固性塑料有不穩(wěn)定的流動波前(圖一)。
展開 
某鋼鐵公司SDS脫硫反應(yīng)器，進行熱風(fēng)爐補熱溫度場分析及小蘇打顆粒的氣固兩相流分析，研究其溫度場和顆粒混合的均勻性 ￥20
進口邊界條件為速度進口，進口速度為14.59m/s；熱風(fēng)爐進口熱煙氣量可等同于約22317m3/h，進口速度為42.71m/s；小蘇打粉量63kg/h；出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用LES模型，壁面函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，固壁面設(shè)置為無滑移壁面。
